1. No category

Utvikling av selvgaende farkost for
fjerning av marin begroing pa vertikale
fleksible stigerør
Bacheloroppgave utført ved Høgskolen Stord/Haugesund
Studie for ingeniørfag, Maskin, Marin konstruksjonsteknikk
Av:
Sigurd Størkson
Ørjan Ersland Johansen
Per Berger Bergersen
Haugesund
Bachelor 2015
Kand.nr.
Kand.nr.
Kand.nr.
11
20
33
Våren 2015
Bachelor 2015
i
Bachelor 2015
ii
Sammendrag
Denne rapporten er en hovedoppgave i studieretningen marin konstruksjonsteknikk, og
tar for seg konstruksjon og design av et selvgående rengjøringsverktøy for vertikale
fleksible stigerør. Oppgaven ble gitt av DeepOcean AS som er en lokal aktør innenfor
undervannsoperasjoner, lokalisert i Haugesund.
Grunnet krav om hyppige inspeksjoner av fleksible stigerør ser DeepOcean et økende
marked innen rengjøring av fleksible stigerør. Pr. i dag foregår rengjøring av stigerør stort
sett med ROV påmontert enkel roterende børste eller høytrykksspyler. Dagens metode er
tidkrevende og dermed en kostbar operasjon, der det finnes et stort potensiale for
effektivisering og kostnadsbesparelse.
DeepOcean ønsker å designe et helautomatisk verktøy som effektiviserer rengjøring av
vertikale stigerør.
Verktøyet skal være et automatisert system som selv klatrer oppover vertikale stigerør,
samtidig som det rengjør denne for marin begroing. Verktøyet skal ha 360 graders
dekningsgrad rundt stigerør, og plasseres på stigerør med ROV. Alle funksjoner i verktøyet
skal ha energitilførsel fra ROV, og man er derfor ikke avhengig av ekstern krafttilførsel til
verktøyet fra overflaten.
Rapporten gjennomgår en kartlegging av hvilke produkter og verktøy som finnes på
markedet fra før, og hvilke bruksmuligheter disse har. Det vurderes om prinsippene som
allerede er i bruk kan videreutvikles til å skape et verktøy som vil effektivisere dagens
metoder for rengjøring av vertikale stigerør.
Gjennom en selekteringsprosess blir de mest aktuelle prinsippene for fremdrift og
rengjøring vurdert med fordeler og ulemper opp mot bruksoråde og behov. Det velges
basert på vurderingene ett prinsipp for fremdrift, og ett prinsipp for rengjøring som skal
videreføres til en nyutvikling innen rengjøringsverktøy for vertikale rør.
Den tekniske løsningen er et verktøy som bruker roterende børster til fjerning av marin
begroing, og friksjonsbelter som fremdriftssystem. Verktøyet er en hybridløsning der
børstesystemet og åpne-/lukkefunksjon er hydraulisk drevet, og fremdriftssystemet er
elektrisk. Både hydrauliske og elektriske komponenter styres direkte av ROV-pilot.
Denne rapporten inneholder et detaljert designforslag for hvordan et slikt verktøy kan
utformes.
Designet er presentert ved bruk av 3D-modeller, samt 2D-tegninger fra Autodesk
Inventor. Konstruksjonen er beregnet med manuelle og datasimulerte styrkeberegninger
fra styrkeberegningsprogrammet ANSYS.
Bachelor 2015
iii
Innholdsfortegnelse
Forord ............................................................................... Feil! Bokmerke er ikke definert.
Sammendrag..................................................................................................................... iii
1
2
3
Innledning ..................................................................................................................1
1.1
Bakgrunn for oppgaven........................................................................................1
1.2
Om DeepOcean....................................................................................................2
1.3
Formål .................................................................................................................3
1.4
Metodikk .............................................................................................................4
Begrensninger ............................................................................................................5
2.1
ROV begrensinger ................................................................................................5
2.2
Verktøyet’s oppgave ............................................................................................5
2.3
Dybde ..................................................................................................................5
2.4
Rørtype ................................................................................................................5
2.5
Dimensjoner ........................................................................................................5
2.6
Grundighet av rengjøring .....................................................................................5
Research ....................................................................................................................6
3.1
Om marin begroing ..............................................................................................6
3.1.1
Skjell .............................................................................................................6
3.1.2
Rur ................................................................................................................6
3.1.3
Tang og tare..................................................................................................6
3.1.4
Anemoner.....................................................................................................6
3.2
Produkter på markedet/Eksisterende løsninger ...................................................7
3.2.1
Ikke automatiserte verktøy ...........................................................................7
3.2.2
Automatiserte verktøy ..................................................................................8
3.3
Klatremetoder ...................................................................................................11
3.3.1
Vaiertrekk ...................................................................................................11
3.3.2
Klemme og flytte-funksjon ..........................................................................11
3.3.3
Hjul .............................................................................................................11
3.3.4
Belter ..........................................................................................................11
3.3.5
Vakuumfeste ..............................................................................................11
3.4
Rengjøringsmetoder ..........................................................................................12
Bachelor 2015
iv
3.4.1
Spyling ........................................................................................................12
3.4.2
Ultralyd .......................................................................................................12
3.4.3
Børsting ......................................................................................................13
3.4.4
Skraping ......................................................................................................13
3.4.5
Kjemikalier ..................................................................................................13
3.5
4
3.5.1
Stål .............................................................................................................14
3.5.2
Aluminium ..................................................................................................15
3.5.3
Titan ...........................................................................................................15
3.5.4
Valg av materiale ........................................................................................16
Alternative løsninger/konsepter ...............................................................................17
4.1
Selektering av rengjøringsmetoder ....................................................................17
4.1.1
Kjemikalier ..................................................................................................17
4.1.2
Ultralyd .......................................................................................................17
4.1.3
Roterende stålbørster .................................................................................18
4.1.5
Kavitasjon ...................................................................................................18
4.2
Aktuelle rengjøringsmetoder .............................................................................19
4.2.1
Høytrykksspyling uten abrasive partikler ....................................................19
4.2.2
Børsting ......................................................................................................20
4.3
Selektering av klatremetoder .............................................................................21
4.3.1
Hjul .............................................................................................................21
4.3.2
Magnetiske belter.......................................................................................21
4.3.3
Vakuumfeste ..............................................................................................21
4.3.4
Vaiertrekk ...................................................................................................21
4.4
Aktuelle klatremetoder ......................................................................................22
4.4.1
Klemme- og flyttefunksjon ..........................................................................23
4.4.2
Friksjonsbelter ............................................................................................24
4.5
5
Materialvalg .......................................................................................................14
Endelig valgte metoder ......................................................................................25
Designgrunnlag ........................................................................................................26
5.1
Beltecrawler ......................................................................................................26
5.1.1
Forslag til oppheng for belteenhet ..............................................................27
5.2
Gummibørster ...................................................................................................28
5.3
Hydrauliske motorer ..........................................................................................30
Bachelor 2015
v
5.4
Åpne- /lukkesylinder ..........................................................................................31
5.5
Presentasjon av rammedesign ...........................................................................32
5.5.1
Grunnlag for design ....................................................................................32
5.5.2
Design av rammeverk .................................................................................32
5.5.3
Endelig design .............................................................................................36
5.6
Gjennomgående bolt og hengsler ......................................................................38
5.6.1
ROV holdepunkt .........................................................................................38
5.6.2
Løftepunkter ...............................................................................................38
5.7
Låsemekanisme .................................................................................................39
5.8
Hydraulikksystemet ...........................................................................................40
5.8.1
Hydraulisk krets – åpne/lukke sylindere ......................................................40
5.8.2
Hydraulisk krets – børster ...........................................................................41
5.9
Slangeplasseringer og elektriske ledninger.........................................................42
5.10
6
7
8
9
Oppdriftselementer........................................................................................43
Økonomiske betraktninger .......................................................................................45
6.1
Døgnrate............................................................................................................45
6.2
Innkjøps- og sammenstillingskostnad .................................................................45
6.3
Inntjeningspotensiale ........................................................................................45
Manuelle beregninger og anvendelse av styrkeberegningsprogram .........................46
7.1
Rammedel 1.......................................................................................................47
7.2
Rammedel 2.......................................................................................................50
7.3
Gjennomgående bolt .........................................................................................53
7.4
Lås .....................................................................................................................57
7.5
Konklusjon av sammenligningern mellom handberegninger og ANSYS...............61
Avsluttende diskusjon og forslag til videre arbeid.....................................................62
8.1
Avsluttende diskusjon ........................................................................................62
8.2
Forslag til videreutvikling ...................................................................................63
8.2.1
Kombinere rengjøringsmetoder ..................................................................63
8.2.2
Multi purpose funksjon ...............................................................................63
8.2.3
Modulbasert oppbygning ............................................................................63
8.2.4
Kamera .......................................................................................................63
Konklusjon ...............................................................................................................64
Ordliste ............................................................................................................................65
Bachelor 2015
vi
Referanser .......................................................................................................................66
Vedlegg .............................................................................................................................. I
Vedlegg A: Handberegninger og direkte tilknyttet informasjon ...................................... I
Valg av sikkerhetsfaktor ............................................................................................. I
Symbolliste.................................................................................................................II
Hydrodynamisk masse ..............................................................................................III
Dragkrefter .............................................................................................................. VI
Krefter og moment på belter, stempel, stag og lås ................................................. VIII
Hydraulisk motor til børster .................................................................................. XVII
Låseplate .................................................................................................................XXI
Løfteører ...............................................................................................................XXIII
Skruer ................................................................................................................. XXVII
Formelark ........................................................................................................... XXVIII
Vedlegg B:
Stykkliste ..............................................................................................XXXI
Vedlegg C:
2D tegninger .......................................................................................XXXII
Figur 1:
Sammenstillingstegning ......................................................................XXXII
Figur 2:
Rammedel 1 .......................................................................................XXXIII
Figur 3:
Rammedel 2 ...................................................................................... XXXIV
Figur 4:
Rammedel 1 lokk ................................................................................ XXXV
Figur 5:
Rammedel 2 lokk ............................................................................... XXXVI
Figur 6:
Gjennomgående stag ....................................................................... XXXVII
Figur 7:
Låsearm .......................................................................................... XXXVIII
Vedlegg D:
E-poster .............................................................................................XXXIX
Mail angående pris for LateraL børster: ...............................................................XXXIX
Mail angående pris for MiniTracks ......................................................................XXXIX
Mail angående pris på oppdriftselementer ............................................................... XL
Mail angående priser på materiale for bygging av verktøy ...................................... XLI
Mail angående priser for hydrauliske sylindere ...................................................... XLII
Vedlegg E:
Stigerørkonfigurasjon ........................................................................... XLIII
Vedlegg F:
Datasheet ROV ..................................................................................... XLIV
Vedlegg G:
Minitrac ............................................................................................... XLVI
Vedlegg H:
LateraL FlexiClean ............................................................................... XLVII
Vedlegg I:
Åpne-/lukkesylinder ................................................................................. LI
Bachelor 2015
vii
Vedlegg J:
Marine Cleaning Tool ............................................................................. LIII
Vedlegg K:
LateraL FlexiTRIC .................................................................................... LIV
Vedlegg L: Mooring Line Cleaning Tool ......................................................................... LV
Vedlegg M: Splashzone Riser Inspection Tool .............................................................. LVI
Vedlegg N: Versatrax MicroClimber System ............................................................... LVII
Vedlegg O:
ANSYS-rapport rammedel 1 .................................................................. LVIII
Vedlegg P:
ANSYS-rapport rammedel 2 ................................................................ LXXIV
Vedlegg Q: ANSYS-Rapport gjennomgående bolt ................................................... XCII
Vedlegg R:
Bachelor 2015
ANSYS-rapport låsemekanisme ........................................................... CVIII
viii
Figurliste
Figur 1 - Marine Cleaning Tool ...........................................................................................7
Figur 2 - LateraL FlexiClean.................................................................................................7
Figur 3 - LateraL FlexiTRIC ..................................................................................................8
Figur 4 - Oceaneering Mooring Line Cleaning Tool .............................................................9
Figur 5 - Oceaneering Splashzone Riser Inspection Tool .....................................................9
Figur 6 - Versatrax Microclimber System ..........................................................................10
Figur 7 - LateraL FlexiClean...............................................................................................20
Figur 8 - Klemme og flyttefunksjon...................................................................................23
Figur 9 - Friksjonsbelter ....................................................................................................24
Figur 10 - Inuktun Minitracks beltecrawler .......................................................................26
Figur 11 – Forslag til oppheng for belteenhet ...................................................................27
Figur 12 - FlexiClean børstehode ......................................................................................28
Figur 13 - Plassering av børster ........................................................................................29
Figur 14 - Illustrasjon av hydraulikkmotor med børste .....................................................30
Figur 15 - 3D-modell av hydraulisk sylinder ......................................................................31
Figur 16 - Sekskantramme ................................................................................................33
Figur 17 - Sirkulær ramme ................................................................................................34
Figur 18 - Bilde av endelig rammekonstruksjon ................................................................35
Figur 19 - Sammensatt konstruksjon ................................................................................36
Figur 20 - Verktøy på stigerør ...........................................................................................37
Figur 21 - Låsemekanisme ................................................................................................39
Figur 22 - Låsemekanisme i lukket stilling .........................................................................39
Figur 23 - Hydraulisk krets åpne- /lukkefunksjon ..............................................................40
Figur 24 - Hydraulisk krets roterende gummibørster ........................................................41
Figur 25 – Kraftbilde rammedel 1 .....................................................................................47
Figur 26 – Jevnføringsspenning ANSYS rammedel 1 .........................................................48
Figur 27 – Deformasjon ANSYS rammedel 2 .....................................................................49
Figur 28 – Kraftbilde rammedel 2 .....................................................................................50
Figur 29 – Jevnføringsspenning ANSYS rammedel 2 .........................................................51
Figur 30 – Deformasjon ANSYS rammedel2 ......................................................................52
Figur 31- Kraftbilde gjennomgående bolt .........................................................................53
Figur 32 – Jevnføringsspenning ANSYS gjennomgående bolt ............................................54
Figur 33 – Deformasjon ANSYS gjennomgående bolt........................................................56
Figur 34 - Kraftbilde låsearm ............................................................................................57
Figur 35 – Jevnføringsspenning ANSYS låsearm ................................................................58
Figur 36 – Deformasjon ANSYS låsearm............................................................................60
Bachelor 2015
ix
1
Innledning
1.1
Bakgrunn for oppgaven
Olje- og gassindustrien er i dag hovedtyngden i norsk industri, dette startet for fullt i
Norge med funnet av Ekofisk feltet i 1969. Grunnet stor global utvikling innen olje- og
gassindustri står det i dag svært mange plattformer og undervannsproduksjonssystem
spredt rundt på både norsk og internasjonal sokkel.
Slike installasjoner innebærer store mengder rør og stigerør fra havbunn til
produksjonsinstallasjon ved overflaten eller til land.
I olje- og gassindustrien har rengjøring, vedlikehold og sertifisering av utstyr og
komponenter under vann blitt et stort fokus. I mange tilfeller kreves det regelmessig
rengjøring og sertifisering av undervannskomponenter. Dette har dermed ført til at
rengjøring under vann er blitt et eget kompetanseområde. Resertifisering av rør/stigerør
blir utført etter gjeldende regelverk som DNV-RP-E101.
Fleksible rør blir brukt mellom petroleumsbrønn og en flytende produksjonsenhet, dette
kan være en borerigg, flytende produksjonsplattform eller et produksjonsskip. Om det
brukes en flytende produksjonsenhet istedenfor en fast produksjonsenhet, kan det
oppstå problemer med bevegelsene som dannes i sjøen. Et fleksibelt stigerør skal derfor
ta opp den relative bevegelsen mellom fartøyet og oljebrønnen. Se vedlagt illustrasjon av
stigerørkonfigurasjon, se Vedlegg E: Stigerørkonfigurasjon
Rørene blir bygd opp lagvis av stålband som sørger for mekanisk styrke, og rør av
termoplast som skal sørge for tetthet mot omgivelsene.
Disse rørene er lett bøyelige, og kan dermed kveiles på tromler med forholdsvis små
diametere. Dette fører også til at å legge fleksible rør er en enklere operasjon enn å legge
stive rør.
DeepOcean er spesialister innen undervannsoperasjoner, og har stor kompetanse innen
bruk og utvikling av utstyr som brukes til varierende typer oppdrag som utføres under
vann. En stor andel av oppdragene som blir utført, er ved bruk av fjernstyrte
undervannsfarkoster.
Rengjøring av stigerør er et viktig forarbeid for at resertifisering av rør/stigerør skal kunne
utføres. Dette er et meget tidkrevende arbeid som krever langvarig bruk av ROV’er, og
har stort potensiale for effektivisering. DeepOcean ønsker å utvikle et selvgående verktøy
som effektiviserer rengjøring av fleksible stigerør.
Bachelor 2015
1
1.2
Om DeepOcean
DeepOcean AS ble etablert i 1999 av Solstad Shipping og Østensjø Rederier, sammen med
tidligere ansatte fra Stolt Offshore. Firmaet ble etablert for å dekke etterspørselen etter
høykvalitetsutstyr og service, kombinert med personell som har erfaring fra
undervannsoperasjoner verden over.
Dette firmaet slo seg sammen med CTC Marine Projects og Trico Supply i 2011 for å
danne DeepOcean Group.
Kontorene er lokalisert i Norge, Nederland, Mexico, Brasil, Singapore og England.
DeepOcean tilbyr fem sentrale tjenester som er:





Sjøbunns kartlegging
Sjøbunns intallasjoner
«Seabed Intervention»
IMR (inspeksjon, vedlikehold og reperasjon)
«Decommissioning»
Det er ca. 1400 ansatte som jobber verden rundt, med blant annet prosjekt
administrasjon og operasjon av en flåte av skip, ROV og undervanns grøftegravere.
DeepOcean’s ansatte har høy kompetanse innen undervannsoperasjoner, og er
engasjerte i sitt arbeid. Dette har vært med på å gjøre at bedriften har oppnådd god
suksess.
Sikkerheten i bedriften er høyt prioritert, derav kommer utrykket «One Team, One Goal,
Incident Free!»
Kjerneverdiene til DeepOcean er:





Sikkerhet
Kameratskap
Kundefokus
Innovasjon
Integritet
DeepOcean er opptatt av alltid å være oppdatert innen den nyeste kunnskapen og
teknologien på markedet. Dette har bidratt til at DeepOcean i dag er et internasjonalt
selskap.
Bachelor 2015
2
1.3
Formål
Ved inspeksjon av installasjoner, komponenter og rør under vann er marin begroing et
tidkrevende og kostbart problem. Ved inspeksjoner av undervannskomponenter er det
viktig at overflaten som skal inspiseres er ren, og fri for marin begroing.
Fjerning av marin begroing må i de fleste tilfeller gjøres ved hjelp av ROV. Dette foregår
typisk ved bruk av roterende børster, høytrykksspyling eller en kombinasjon av disse.
Dekningsarealet for rengjøringsverktøy som brukes på ROV er generelt sett lite, og
geometrien på objektet kan gi ytterligere utfordringer. Ved bruk av ROV til rengjøring av
store flater og lange strekk av rør, blir dette arbeidet tidkrevende og lite effektiv
utnyttelse av ressurser.
Grunnet krav om hyppige inspeksjoner av fleksible stigerør, er jevnlig rengjøring av disse
en viktig jobb som krever langvarig bruk av ROV. Ved rengjøring fra plaskesonen og ned til
ca. 60 meters dyp møter man begroing som kan være svært krevende å fjerne. Arbeid i
plaskesonen anses som risikabelt, da bølger og strømmer i vannet kan slenge ROV mot
strukturen den arbeider med, som kan føre til at både ROV og struktur kan ta skade av
dette.
Formålet er å utvikle et selvgående rengjøringsverktøy som kan rengjøre fleksible stigerør
på en effektiv og økonomisk måte, samt holde ROV på en trygg avstand fra stigerør i
risikable soner.
Et verktøy som kan effektivisere jobben som i dag blir gjort av ROV vil spare DeepOcean
for tid og ressursbruk, og dermed bidra til å gi selskapet mulighet for mer effektiv
ressursbruk og større inntekter.
Bachelor 2015
3
1.4
Metodikk
Hverken DeepOcean eller bachelorgruppen hadde oversikt over om det fantes gode
tilsvarende produkter på markedet, og ønsket en enkel oversikt over dette. Arbeidet
begynte med å lage en liten oversikt over hvilke komplette eksisterende løsninger som
finnes, samt hvilke enkeltkomponenter som finnes tilgjengelig på markedet.
Etter en del research ble det dannet et bilde over hvilke enheter som finnes på markedet.
Det ble deretter tatt kontakt med aktuelle aktører for å få mer detaljert informasjon om
både eksisterende løsninger og enkeltkomponenter.
I startfasen hadde gruppen et bedriftsbesøk hos Kystdesign AS hvor Åge Holsbrekken
hadde omvisning på bedriftsområdet, og svarte på eventuelle spørsmål. Dette var for å
lære om hvordan en ROV fungerer, og å få en innføring i elektriske og hydrauliske utløp
som er tilgjengelig på en ROV.
Etter avgrensninger av oppgaven sammen med DeepOcean ble det laget prinsippskisser
som illustrerer de forskjellige metodene som var relevante for oppgaven. Det ble dermed
valgt ut enkeltkomponenter som var ønskelig å bruke i oppgaven med tanke på hvor og
hvordan verktøyet skal brukes. Mange varianter av enkeltkomponenter for hver funksjon
ble funnet, men alle har fordeler og ulemper i forhold til bruksområde og bruksmåte. De
endelige komponentene ble valgt ut fra sammenligning av fordeler og ulemper i forhold
til ønsket funksjon for verktøyet.
Designet av selve rammen ble utarbeidet ut fra geometrien på komponentene som ble
valgt, noe som gjorde at gruppen kunne se tidlig hvilke løsninger som ville fungere, og
hvilke løsninger som ikke ville fungere.
Følgende programvare ble benyttet i prosjektoppgaven:
 Hele hovedoppgaven ble skrevet i Microsoft Word.
 Dropbox ble brukt som en felles lagringsportal. Der ble det dannet en felles
mappe, hvor hvert enkelt gruppemedlem har tilgang på alle dokumentene og kan
derfor samarbeide uavhengig av lokasjon.
 Project Manager ble brukt til å danne et tidsestimat for hvordan de forskjellige
fasene i hovedprosjektet skulle håndteres i forhold til tidsperioden som var satt.
 Paint ble brukt til å illustrere forskjellige enkle prinsippskisser.
 AutoCad ble brukt til å tegne opp blant annet hydraulikkskjema som trengtes for
hydraulikksystemet til både børstene og sylindrene.
 Autodesk Inventor er et modelleringsprogram hvor man kan lage avanserte
geometrier for å lage en 3D modell av den ønskede komponenten, dette er et
program som ble benyttet mye av gruppen.
 ANSYS Workbench er et beregningsprogram som kan ta 3D modeller fra f.eks.
Autodesk Inventor for å kalkulere krefter, spenninger og deformasjoner i
komponentene.
Bachelor 2015
4
2
Begrensninger
2.1
ROV begrensinger
Det var ønskelig ifra DeepOcean AS at all krafttilførsel skal komme ifra ROV. Dette fører til
at man derav vil få begrensninger i energitilførselen i forhold til hvor mye ROV output er.
Det ble valgt en standard Supporter ROV ifra Kystdesign AS som DeepOcean bruker på de
fleste av deres fartøy som utgangspunkt til videre arbeid.
Vedlagt: Vedlegg F: ROV datasheet
2.2
Verktøyet’s oppgave
Mange alternative løsninger ble vurdert. Idéer om rengjøring og inspeksjon i ett og
samme verktøy ble nevnt, men i samråd med veiledere kom gruppen frem til at et verktøy
med både inspeksjonsverktøy og rengjøringsverktøy vil bli for stort og komplekst. Det ble
bestemt at oppgaven kun skal fokusere på fjerning av marin begroing, med en eventuell
mulighet for å feste noen enkle kamera for å kunne overvåke prosessen.
2.3
Dybde
Gruppen og DeepOcean kom frem til at man ville fokusere på de første 60 meterene fra
plaskesonen. Fra plaskesonen og nedover er den sonen der det forekommer mest
begroing, og begroingen er av en type som er krevende å fjerne.
2.4
Rørtype
På bakgrunn av et voksende behov for rengjøring av fleksible stigerør, blir oppgaven
begrenset til rengjøring av fleksible stigerør. Dette på grunn av det forekommer flere og
flere flytende produksjonsenheter som blir koblet til produksjonsbrønnen ved hjelp av
fleksible stigerør. Fleksible stigerør krever hyppigere inspeksjoner, og dermed mer
regelmessige rengjøringer.
2.5
Dimensjoner
Etter diskusjon med DeepOcean ble det bestemt at oppgaven skal fokuseres inn mot en
bestemt rørdiameter. Dette pga. at forskjellen i diameter mellom de minste og de største
stigerørene er stor, og det er derfor vanskelig å lage et «universalt» verktøy.
Rørdimensjonen ble satt til 10’’ rør, der små variasjoner i diameter kan forekomme.
2.6
Grundighet av rengjøring
Hvilken type begroing som skal fjernes ble det og tatt hensyn til. Det er generelt tre typer
inspeksjoner som er vanlig å gjennomføre, GVI («General Visual Inspection»), CVI («Close
Visual Inspection») og DI («Detailed Inspection»).
Når man skal gjennomføre disse typer inspeksjoner er det forskjellige krav til hvor mye
begroing som må fjernes. Det er ønskelig at verktøyet skal tilfredsstille kravet til CVI, som
krever at overflatene er rene nok til å kunne utføre en visuell kontroll av flaten som er
rengjort.
Bachelor 2015
5
3
Research
Helt i starten ble det gjort en del research på hvilke typer marin begroing som kan dannes
på rør/stigerør. Samtidig ble det gjort mye research på hvilke typer rengjøring- og
klatreprinsipp som finnes. Allerede ferdige løsninger ble også vurdert.
3.1
Om marin begroing
Marin begroing er en felles betegnelse på alt organisk som vokser under havoverflaten.
Marin begroing består av bakterier, planter og dyr, og kan bygge seg opp til 50cm i
tykkelse.
Tykke lag med marin begroing vil gi store vektpåkjenninger og økte «dragkrefter» på
konstruksjonen som følge av et økt projisert areal. Utover fysiske påkjenninger på
konstruksjonen vil marin begroing også skape store problemer ved inspeksjoner av
stigerøret.
Marin begroing er som regel avhengig av lys, temperatur og næringstilgang, dette fører til
at den marine begroingen vil avta med økende dybde og mindre tilgang på lys og næring.
Begroingen vil være mest krevende fra havoverflaten og nedover de første 30 meterne.
Marin begroing kan deles inn i 2 hovedtyper:
- Hard begroing: Skjell og rur
- Myk begroing: Anemoner, tang og tare
3.1.1 Skjell
Skjell er en typisk begroing som man sliter med offshore. Blåskjell er mest vanlig blant
skjellartene, og dette kan danne store kolonier som er veldig tidkrevende å fjerne.
3.1.2 Rur
Rur er en type krepsdyr som kan danne store kolonier på offshore installasjoner. Disse
danner et kalkskall på installasjonen som kan være svært vanskelig å fjerne.
3.1.3 Tang og tare
Tang og tare er havalger som og kan lage store kolonier på offshore installasjoner. Disse
dannes som regel nær overflaten på ca 5-10 meters dyp. Tang og tare regnes som relativt
lett begroing å fjerne.
3.1.4 Anemoner
Anemoner finnes i mange størrelser og arter. Dette er bløtdyr som fester seg til
installasjoner. Anemoner er svært mye enklere å fjerne enn hard begroing.
Bachelor 2015
6
3.2
Produkter på markedet/Eksisterende løsninger
Etter research på eksisterende løsninger ble det funnet få lignende produkter på
markedet. Mange av verktøyene på markedet er roterende børster eller spyleanordninger
som festes til ROVens manipulator. Disse metodene er tidkrevende i bruk, og har derfor
store kostnader.
Vedlagt følger noen av disse verktøyene:
3.2.1 Ikke automatiserte verktøy
Vedlegg J: Marine Cleaning Tool(Se figur 1){1}
En dykkeroperert rengjøringsbørste som kan brukes på både sylinderformede og flate
overflater.
Figur 1 - Marine Cleaning Tool
Vedlegg H: LateraL FlexiClean(Se figur 2){2}
FlexiClean fra LateraL er en roterende børstetype av gummimateriale som leveres som
verktøy for ROV. Børsten er ment å styres via manipulatorarm på ROV.
Figur 2 - LateraL FlexiClean
{1}
{2}
http://www.uesltd.net/pdf/MC211%20Data%20Sheet.pdf (15.2.2015)
http://stoprust.com/products-and-services/flexiclean/ (18.2.2015)
Bachelor 2015
7
3.2.2 Automatiserte verktøy
Noen varianter av automatiserte rengjøringsverktøy eksisterer på markedet per i dag,
vedlagt informasjon om de mest relevante:
Vedlegg K: LateraL FlexiTRIC (Se figur 3) {3}
Et rengjøringsverktøy som bruker børster til rengjøring, fremdriften skjer ved at den blir
dratt via en vaier ved hjelp av vinsj eller ROV.
Figur 3 - LateraL FlexiTRIC
{3}
Vedlagt mail fra Øyvind Aksland, Se Vedlegg K:LateraL FlexiTRIC (27.1.2015)
Bachelor 2015
8
Vedlegg L: Oceaneering Mooring Line Cleaning Tool (Se figur4){4}
Et verktøy som rengjør rør/stigerør ved hjelp av roterende børster. Også her er
fremdriften at den blir dratt av ROV via vaier.
Figur 4 - Oceaneering Mooring Line Cleaning Tool
Vedlegg M: Oceaneering Splashzone Riser Inspection Tool (Se figur 5){5}
Dette er et kombinert rengjørings og inspeksjonsverktøy, der børster rengjør området
som skal inspiseres. Fremdriftsmetoden baserer seg på klemme- og flytteprinsippet.
Figur 5 - Oceaneering Splashzone Riser Inspection Tool
{4}
{5}
http://www.oceaneering.com/oceandocuments/brochures/subseaproducts/Oceaneering-DTSCatalog-2013.pdf ROV Tooling-Cleaning Tools-s18 (19.2.2015)
http://www.oceaneering.com/oceandocuments/brochures/inspection/INS%20%20Splashzone%20Riser%20Inspection%20Tool.pdf (19.2.2015)
Bachelor 2015
9
Vedlegg N: Versatrax Microclimber System (Se figur 6){6}
Dette er en selvklatrende rigg som har en interface som kan brukes til både
inspeksjonsverktøy og rengjøringsverktøy. Fremdriften skjer ved hjelp av fjærbelastede
beltemoduler som er utstyrt med vanntette friksjonsbelter. I praksis «kjører» den
vertikalt oppover rør/stigerør.
Figur 6 - Versatrax Microclimber System
{6}
http://www.inuktun.com/crawler-vehicles/versatrax-microclimber.html (11.2.2015)
Bachelor 2015
10
3.3
Klatremetoder
Selve klatremetoden vil det være et stort fokus på i oppgaven. Det finnes mange
forskjellige klatreprinsipp, og før det ble bestemt en metode var det ønskelig å kartlegge
hvilke klatrefunksjoner som allerede finnes på markedet.
Området begrenser seg til strekk langs stigerør, og man møter dermed ikke geometriske
hindringer som for eksempel flensforbindelser eller ventiler. Om en slik hindring skal
oppstå kan ROV løse av verktøyet, for så å plassere det på andre siden av flens/ventil.
Løsningen som velges bør være effektiv, slik at man får ned kostnadene av operasjonen
mest mulig.
3.3.1 Vaiertrekk
Vaiertrekk kan være en relativt enkel metode for å kunne flytte verktøyet oppover langs
stigerør. En/flere vaiere går fra verktøyet til en overflate vinsj/ROV som sørger for å dra
verktøyet langs røret/stigerør. Denne metoden gjør at verktøyet blir mindre i volum, noe
som fører til lavere produksjonskostnader.
3.3.2 Klemme og flytte-funksjon
Dette prinsipper baserer seg på to klemmer som tar tak rundt røret. Den ene klemmen
kan dermed flytte seg opp/ned, mens den andre holder seg fast. Den første klemmen vil
dermed klemme seg selv fast på en gitt distanse fra hvor den sto fast før flyttefunksjonen.
Når den har klemt seg fast kan den andre klemmen løsne og følge etter for så å feste seg
nærmere den første klemmefunksjonen som fører til en flyttende bevegelse.
3.3.3 Hjul
Hjul er en relativt enkel og ukomplisert metode for å lede verktøyet langs rør/stigerør.
Hjul vil være enkle å sette i drift, og ha lave kostnader.
3.3.4 Belter
Belter er en relativt enkel og pålitelig løsning. Beltene holder seg fast til rør/stigerør ved
hjelp av enten magnetisk- eller friksjonskraft.
3.3.4.1
Friksjonsbelter
Dette er belter som holdes fast kun ved hjelp av friksjonskraft. Man kan unngå store
skader på rør/stigerør pga. at klemkraften blir fordelt på relativt store arealer fra beltene.
Beltene kan komme seg over ujevnheter i overflatearealet.
3.3.4.2
Magnetiske belter
Dette er belter som holdes fast ved hjelp av magnetisk kraft. Den magnetiske kraften er
ekstremt stor, og disse beltene kan dermed brukes uavhengig av gravitasjonskraften.
Magnetiske belter kan kun brukes på ferritiske materialer.
3.3.5 Vakuumfeste
Noen sugekopper plasseres inntil rør/stigerør for så at en pumpe sørger for undertrykk,
dette vil føre til at verktøyet vil festes til rør/stigerør ved hjelp av vakuum.
Bachelor 2015
11
3.4
Rengjøringsmetoder
Hvilken rengjøringsmetode som skal brukes er en viktig faktor som angår både effektivitet
og skånsomhet ovenfor området som skal rengjøres.
3.4.1 Spyling
3.4.1.1
Høytrykksspyling uten abrasive partikler
Høytrykksspyling baserer seg på å sende en vannstrøm ut av en dyse med et gitt trykk.
Med høytrykksspyling kan man enkelt dekke 360 grader rundt røret, og er derfor en
effektiv måte å fjerne marin begroing på. Dette er i tillegg en miljøvennlig
rengjøringsmetode siden man kan bruke sjøvann. Høytrykksspyling krever høye trykk som
igjen kan føre til at man trenger store pumper for å drifte systemet.
3.4.1.2
Høytrykksspyling med abrasive partikler
Dette er i prinsippet akkurat det samme som høytrykksspyling uten abrasive partikler,
men partikler blir blandet inn i vannstrømmen. Bruk av høytrykksspyling med abrasive
partikler er lite skånsom mot ømfintelige overflater.
3.4.1.3
Kavitasjon
Kavitasjonsrengjøring er en relativt ny metode å fjerne marin begroing på.
Sitat fra mailsamtale med Bård Arve Valstad, PSO:
«Systemet bygger på kavitasjonsprinsipp, og det spesielle er lansen der det skjer et
trykkfall som gjør at man får vakuum bobler i væsken. Når hastigheten bremses opp i
vannet utenfor lansen, kollapser disse boblene og frigjør store mengder energi.
Man benytter da denne overgangen til å vaske og må ha overflaten i en avstand fra
lansen der dette skjer. Dette har også vist seg å kunne ha desinfiserende effekt.»{7}
3.4.2 Ultralyd
Ultralyd er en metode man kan bruke til blant annet å fjerne marin begroing. Dette
systemet sender ut lydbølger som fører til at alger og andre organismer kan slippe tak av
overflaten de er festet til.
{7} Bård Arve Valstad, PSO, Produktleder Inspeksjon Subsea, www.pso.no (18.2.2015)
Bachelor 2015
12
3.4.3 Børsting
3.4.3.1
Roterende nylonbørste
Dette er et miljøvennlig og effektivt verktøy for å fjerne all type begroing på. Nylonbørster
er mye brukt som verktøy som kobles direkte til ROV. Børstene er svært robuste, noe som
gjør at de kan være ugunstige ved bruk på ømfintlige materialer og overflatebehandlede
flater.
3.4.3.2
Roterende stålbørste
Stålbørste er en hardere type børster enn nylonbørste. Man får ikke like raskt skader på
børsten slik at den må skiftes, men en stor ulempe med stålbørster er at det kan skade
overflatebehandling og innkapsling. Dette fører til at man vil unngå å bruke stålbørste til
vanlig rengjøring.
3.4.3.3
Roterende gummibørste
LateraL har en patentert gummibørste med navn FlexiClean. Dette er et effektivt verktøy
som kan fjerne all type begroing uten å ødelegge coating eller andre komponenter.{8}
3.4.4 Skraping
3.4.4.1
Kniver
Kniver er en effektiv metode for å kutte løs marin begroing på. Knivene blir her dradd opp
langs røret hvor de kutter vekk den marine begroingen. Denne har en ulempe med at de
lett kan gi store skader på stigerøret om de kommer i kontakt med materialet som skal
rengjøres.
3.4.4.2
«Cheese-wire»
«Cheese-wire» fungerer omtrent på samme måte som kniver. Men her kan man bruke
tau eller eventuelt stropper som man drar opp langs røret, og man unngår dermed
risikoen for å skade røret. Tauet er veldig stramt, noe som fører til at man kan skrape
vekk begroingen relativt lett. Ulempen med «Cheese-wire» er at den raskt blir slitt.
3.4.5 Kjemikalier
Kjemikalier kan være en enkel metode for å fjerne marin begroing. Dette baserer seg på
at man kan sprøyte ulike kjemikalier på begroingen, dette vil dermed drepe organismene
og sørge for at de slipper taket til underlaget. En stor ulempe med dette er at man vil
unngå mest mulig utslipp av kjemikalier i sjøen. Samt tiden det tar før all begroingen dør
ut.
{8}“FlexiClean” LateraL http://www.lateral.no/flexiclean.html (26.2.2015)
Bachelor 2015
13
3.5
Materialvalg
Ingeniører må forholde seg til materialvalg som designfaktor når man skal arbeide med
konstruksjon av bærende strukturer og mekaniske systemer. Når man skal vurdere
hvilken type material man skal velge må man ta hensyn til styrkeegenskaper, stivhet,
tetthet, utmattingsfasthet, utseende, hvilken type miljø materialet skal tåle, samt prisen
på materialet.{9}
3.5.1 Stål
3.5.1.1
Karbonstål
Karbonstål er et veldig mye brukt materiale innen offshore og onshore konstruksjon. Det
er et billig material, som er lett å bearbeide. Karbonstål har en relativt høy flytegrense og
stivhet, dette fører til at man kan lage veldig sterke og stive konstruksjoner. Problemer
med vanlige karbonstål er at de korroderer i luft og vann.
3.5.1.2
Korrosjonsbestandig stål
Korrosjonsbestandig stål er en materialtype som er mye brukt i offshorevirksomhet.
Materialet er veldig stivt og har høy flytegrense, og har et høyt innhold av Cr (typisk over
12%) som danner en tett fastsittende passiv film på overflaten, som gir en god beskyttelse
mot korrosjon.
Dette er et meget prisgunstig alternativ til Duplex/superduplex.
Disse regnes å være immune mot 𝐶𝑂2 korrosjon opptil ca. 150℃, men med
tilstedeværelse av klorider og 𝐻2 𝑆 oppstår en begrensning i bruken av disse materialene.
3.5.1.3
Austenittiske stål og nikkellegeringer
Austenittiske stål og nikkellegeringer vil være en billigere løsning enn Duplex, dersom
driftstemperaturen er under 60 grader celsius og ikke alt for høye trykk. Begrensningene i
temperatur skyldes stor risiko for spenningskorrosjon i utvendige miljø.
{9} Ref til Jens Christian Lindaas førstemanusis HSH(6.1.2015)
Bachelor 2015
14
3.5.1.4
Duplex (Feritt-austenittisk stål)
Duplex er et materiale som har en god styrke, det er lett å sammenføye, og har en god
korrosjonsmotstand. UNS S31803 er den mest brukte Duplex kvaliteten, som har dobbelt
så høy strekkfasthet som austenittisk stål. Denne har et høyt innhold av Cr (22%) og Ni
(5%) og har en mikrostruktur bestående både av austenittisk og ferrittiske krystaller.
Dette er et materiale som er mye brukt i offshoresammenheng.
3.5.1.5
Superduplex
Superduplex er et materiale som er relativt likt Duplex, men det har en høyere styrke,
mer formbarhet og har bedre motstandsdyktighet mot spalte- og punktkorrosjon enn det
Duplex har. UNS S32760 er dermed godt egnet for en rekke bruksområder fra kjemisk
prosessering til olje- og gassindustrien. Mikrostrukturen er lik som på Duplex.
3.5.2 Aluminium
Aluminium er et materiale med lav egenvekt, samtidig som det er relativt billig. Det finnes
ulike typer aluminiumslegeringer som er med å bestemme flytegrensen for materialet.
Aluminium blir ofte valgt fremfor vanlig stål pga. dets lave vekt, og man kan velge
aluminiumslegeringer som er svært sjøvannsbestandige (AlMg)
3.5.3 Titan
Titan er et materiale som har høy styrke og lav egenvekt. Det tåler samtidig høye
temperaturer og er korrosjonsbestandig. Noen store ulemper med titan er at det er
vanskelig å sveise og bearbeide, og er samtidig et dyrt materiale. Titan har overtatt
enkelte deler av markedet der aluminiumslegeringer tidligere var enerådende, siden disse
områdene krever store krav til styrke.
Bachelor 2015
15
3.5.4 Valg av materiale
3.5.4.1
Rammeverk
I samråd med DeepOcean besluttet gruppen at aluminium er materialet som ble valgt for
rammen. Dette er et materiale som DeepOcean bruker mye i sammenheng med
undervanns operasjonssystemer, siden det er relativt billig og har lav vekt. Dersom det er
nødvendig for mer stivhet og høyere flytegrense, kan og stål brukes på enkelte kritiske
komponenter. EN AW-5052 er et materiale som er mye brukt til undervannsmiljø, og
derfor var det ønskelig at man benyttet dette materialet til konstruksjon av rammen.
Plater[1]
Legering
Material
EN-AW 5052
Aluminium
Flytegrense
130 𝑁/𝑚𝑚2
Min
bruddgrense
210 𝑁/𝑚𝑚2
Maks
bruddgrense
260𝑁/𝑚𝑚2
3.5.4.2
Stag og lås
Grunnet valg av sikkerhetsfaktor (Se Vedlegg A: Handberegninger og direkte tilknyttet
informasjon) ble spenningene for høye til at det kunne brukes aluminium til stag og bolt.
Her ble det valgt å bruke EN 1.4547 254SMO / F44. Akkurat dette materialet ble valgt
grunnet passende flytegrense og tilgjengelig fra en valgt lokal leverandør.
Staget.
Betegnelse
EN 1.4547
Material
254SMO / F44
Flytegrense
300 𝑁/𝑚𝑚2
Bruddgrensene
650 − 850 𝑁/𝑚𝑚2
Låsen
Betegnelse
EN 1.4547
Material
254SMO / F44
Flytegrense
300 𝑁/𝑚𝑚2
Bruddgrensene
650 − 850 𝑁/𝑚𝑚2
Material data er hentet fra ASTRUP AS
Bachelor 2015
16
4
Alternative løsninger/konsepter
4.1
Selektering av rengjøringsmetoder
Rengjøringsmetoder som ble forkastet og grunnlag for forkastelsen:
4.1.1 Kjemikalier
Bruk av kjemikalier er sterkt uønsket da dette forurenser det marine miljøet. Kjemikalier
som syrer og baser kan ha svært negative konsekvenser for vannkvalitet og marint liv, og
kan forurense vann over et langt tidsperspektiv.
Med tanke på effekt vil ikke kjemikalier være ideelt for fjerning av marin begroing, da det
ikke har en umiddelbar effekt ved påføring. Bruk av kjemikalier vil gjerne drepe
begroingen over tid, men ikke fjerne store mengder begroing der og da, slik oppgavens
problemstilling krever.
4.1.2 Ultralyd
Rengjøring med ultralyd er en kjent og godt utprøvd metode som har vist seg effektiv for
rengjøring av flater som er vanskelige å komme til. Rengjøringen foregår ved hjelp av at
ultralyd sendes gjennom en væske, ofte et spesielt vaskemiddel, der ultralyden skaper
vakuumbobler ved hjelp av kavitasjon. Vakuumboblene imploderer under kraftig
energiutvikling, og fjerner smuss og partikler ved at imploderingen skaper mikroskopiske,
men energirike bevegelser i væsken rundt objektet som rengjøres.
Å anvende ultralyd til å rengjøre kraftig marin begroing er likevel ikke realistisk.
Ultralydmetoden er følsom for avstander, da lydfrekvensen som skaper kavitasjonen kun
er effektiv under en viss avstand fra lydkilden. Ultralydrengjøring er mest aktuelt for å
rengjøre flater og porer som er vanskelig tilkommelige på relativt små gjenstander.
Metoden bruker også lang tid på rengjøringsprosessen. {10}
{10}
Ultralyd prinsipp http://www.toskedaluvservice.no/verdt_%C3%A5_vite_om_ultralyd.pdf
(12.3.2015)
Bachelor 2015
17
4.1.3 Roterende stålbørster
Stålbørster er en hardfør og effektiv metode for fjerning av begroing, rust,
overflatebehandling og lignende. For rengjøring av fleksible stigerør, som har en ømfintlig
overflate, er stålbørster helt utelukket da stålbørster med sikkerhet vil skade overflaten
på stigerør.
4.1.4 Roterende nylonbørster
Roterende nylonbørster er regnet som en både effektiv og miljøvennlig metode for
fjerning av alle typer marin begroing. Børstene er sterke og robuste, og har derfor lang
levetid og høy bruksverdi. Ulempen med nylonbørstene er at nylonmaterialet er hardt og
stivt, og er derfor ikke er spesielt skånsomt mot overflatebehandling og myke
komponenter.
4.1.5 Kavitasjon
Kavitasjonsrengjøring baserer seg på man utnytter energiutløsningen som oppstår når en
vakuumboble imploderer. Metoden er forholdsvis ny, og har vist seg svært effektiv.
Problemet med denne metoden er at den er forholdsvis ny, og det er vanskelig å vurdere
hvorvidt den vil være effektiv i bruk på en slik farkost. Metoden er gjerne mer følsom for
avstand til rengjøringsflaten enn det som er ønskelig. Metoden vil også være
problematisk å integrere i en selvgående farkost, og kreve store pumper for å driftes.
Bachelor 2015
18
4.2
Aktuelle rengjøringsmetoder
Etter å ha vurdert et utvalg av mulige rengjøringsmetoder nøye, er flere av tidligere
nevnte metoder som vist over forkastet. Flere av de forkastede metodene har helt
åpenbare grunner for at de ikke er aktuelle for videre vurdering.
Etter selektering av hvilke metoder som forkastes, gjenstår det to høyaktuelle metoder
for videreføring. Det vil bli vurdert om det skal brukes en av disse, eller en kombinasjon av
begge. De aktuelle metodene er høytrykksspyling uten abrasive partikler og bruk av
roterende gummibørster fra LateraL.
4.2.1 Høytrykksspyling uten abrasive partikler
Bruk av høytrykksspyling er en effektiv og miljøvennlig metode for fjerning av marin
begroing. Ved bruk av denne metoden blir det utelukkende brukt vann som
rengjøringsmiddel, og er derfor en billig metode i bruk.
-
Fordeler
Effektiv rengjøring (avhg. av trykk
og strømningsmengde)
Miljøvennlig
Billig ressurs (sjøvann)
Ukomplisert og kjent utstyr
Lang holdbarhet på utstyr
-
Ulemper
Uønsket med dekksbasert pumpe
Tvilsomt at ROV-pumpe leverer
nok trykk og strømningsmengde for
effektiv rengjøring
Følsomt for avstand til flate som
skal rengjøres
Varierende effektivitet for
forskjellige typer begroing
Det er presisert av DeepOcean at det ikke er ønskelig å bruke dekksbasert
høytrykkpumper for å drifte et eventuelt høytrykkssystem på verktøyet som skal
konstrueres. Dekksbasert høytrykk medfører store ekstrakostnader for både bruk av
utstyr og dekkspersonell for å drifte et slikt system.
Siden dekksbasert høytrykk ikke er aktuelt må et eventuelt høytrykksystem driftes direkte
av ROV. Det medfører at ROV må påmonteres en hydraulisk drevet høytrykkspumpe som
forsyner rengjøringsverktøyet med høytrykksvann via slanger. En stor ulempe med en slik
løsning er at ROV’en trolig ikke kan levere høyt nok trykk til å fjerne den hardeste
begroingen, som er skjell og rur. Høytrykksspyling med kraftforsyning fra ROV alene er
derfor ikke regnet som en gunstig løsning.
Bachelor 2015
19
4.2.2 Børsting
Bruk av roterende børster for å fjerne marin begroing er en velprøvd og effektiv metode.
Denne metoden er pr. i dag mye brukt som rengjøringsverktøy koblet direkte til ROV, og
styrt med multifunksjonsarmen til ROV.
Børstene som blir sett på er en variant av gummibørster som heter FlexiClean, levert av
LateraL AS.
Fordeler
- Effektiv på alle typer begroing
- Skånsom på ømfintlige flater
- Skader ikke coating
- Lavere effektforbruk enn
høytrykksspyling
- Basert på erfaring, 80% raskere
rengjøring enn høytrykksspyling
- Lengre brukstid enn andre
børstetyper
Ulemper
- Kostbar i innkjøp
- Begrenset brukstid
- Relativt høy egenvekt
Basert på sammenligning av fordeler og ulemper for børsting og høytrykksspyling skiller
børsting seg sterkt ut som den beste metoden for videre bruk til et selvgående
rengjøringsverktøy.
Ved valg av LateraL sine gummibørster som rengjøringsmetode kan man med sikkerhet
kunne håndtere alle typer begroing, i motsetning til usikkerheten ved ROV-basert
høytrykksspyling. DeepOcean har erfart at disse børstene er effektive, og arbeider
hurtigere enn ved høytrykksspyling. Effektivitet og hurtighet er en viktig faktor for å
kunne oppnå økonomisk besparelse, og effektivisering av dagens metoder.
FlexiClean gummibørster fra LateraL ble valgt som rengjøringsmetode for det selvgående
rengjøringsverktøyet. (Se figur 7) {11}
Figur 7 - LateraL FlexiClean
{11}
http://www.lateral.no/uploads/2/9/4/8/29489997/9456706.png (22.4.2015)
Bachelor 2015
20
4.3
Selektering av klatremetoder
Klatremetoder som ble forkastet og hvorfor:
4.3.1 Hjul
Hjul er en forholdsvis enkel metode for å drifte et verktøy i en gitt retning, men vil i dette
tilfellet by på flere ulemper enn fordeler. Hjulene vil ha forholdsvis liten kontaktflate, og
dermed gi stort flatetrykk for å oppnå tilfredsstillende friksjonskraft. Det vil i et slikt
tilfelle være ønskelig med luftfylte hjul for å sikre maksimal kontaktflate, men siden luft er
en kompressibel gass vil det ikke være aktuelt å bruke luftfylte hjul på et
undervannsverktøy. Ved økende dybde vil hjulenes ideelle luftvolum komprimeres, og
effekten vil avta/forsvinne.
4.3.2 Magnetiske belter
Bruk av magnetiske belter er en svært effektiv og velutprøvd metode for fremdrift på
undervannsverktøy. Magnetiske belter trenger ingen annen støtte enn tilstrekkelig
magnetisk kraft til flaten den skal bevege seg på. Til bruk på en crawler som i all hovedsak
skal operere på fleksible stigerør er det likevel ikke aktuelt å bruke magnetbelter, da
fleksible stigerør ikke er magnetiske.
4.3.3 Vakuumfeste
Vakuumfeste følger samme prinsipp som en sugekopp. Pumper skaper undertrykk i et
hulrom som er plassert inntil flaten den skal festes på, og skaper dermed et festepunkt.
Ulempen med denne metoden er at den krever god tetning mellom sugekopp og
anleggsflate, noe som er usannsynlig å oppnå i et område hvor det skal fjernes marin
begroing. Det er heller ikke trolig at vakuumfeste har spesielt stor motstand for vertikale
krefter, vakuumfeste ble dermed forkastet.
4.3.4 Vaiertrekk
Vaiertrekk er en effektiv og enkel metode for flytting av verktøy som skal gå langs
rør/stigerør. Problemet er at det blir vanskelig å holde kontroll på hvor mye krefter som
virker på hver enkelt del og stigerør, da det gjerne brukes en vinsj for å dra verktøyet. Skal
man bruke ROV til å dra et verktøy har man begrenset drakapasitet, samtidig som man
bruker hele kapasiteten til ROV’en. Vaiertrekk er ikke egnet som fremdriftsmetode i
henhold til problemstillingen.
Bachelor 2015
21
4.4
Aktuelle klatremetoder
Etter å ha vurdert et utvalg av mulige klatremetoder nøye, er flere av tidligere nevnte
metoder som vist over forkastet. Flere av de forkastede metodene har helt åpenbare
grunner for at de ikke er aktuelle for videre vurdering.
Etter selektering av hvilke metoder som forkastes, gjenstår det to høyaktuelle metoder
for videreføring.
-
Klemme- og flyttefunksjon
Friksjonsbelter
Bachelor 2015
22
4.4.1 Klemme- og flyttefunksjon
Klemme og flyttefunksjon er et utprøvd og vellykket prinsipp for klatring på vertikale
sirkulære rør. To armer med en klypefunksjon kan beveges uavhengig av hverandre, der
den ene klemmer seg fast rundt røret, mens den andre armen flytter seg oppover. Videre
løsner den første armen grepet og flytter videre oppover mens den andre armen holder
fast, slik kan man oppnå en kontinuerlig klatrefunksjon.
-
Fordeler
Utprøvd metode
Trenger ikke rengjøring av
festepunkt på stigerør
Godt fasthold ved begge klyper
fastklemt
-
Ulemper
Begrenset tillatt klemkraft
Begrenset friksjon/fasthold
Lav hastighet
Bør være fri for belastning når
fremdriftsfunksjonen er i bevegelse
Mange hydrauliske komponenter
Høy vekt
Plasskrevende
Klemme- og flyttefunksjonen er en metode som i mange tilfeller er den beste metoden
for bruk av klatring og utføring av operasjoner på vertikale rør. Metoden er populær ved
bruk av diverse inspeksjonsutstyr som krever at farkosten står i ro når operasjonen
utføres. Ved begge klyper fastklemt er farkosten svært stabil.
I forhold til design av en rengjøringsmaskin for vertikale stigerør har denne metoden noen
vesentlige ulemper. For at klemme- og flyttefunksjonen skal være stabil kreves det at
begge klyper er fastklemt rundt røret samtidig. Når maskinen er i bevegelse vil det alltid
være en klypearm som er løs, og maskinen har da bare ett festepunkt til røret. Så lenge
maskinen er i bevegelse er den lite mottagelig for ytre kraftpåkjenninger. Det vil i praksis
si at maskinen må stå helt i ro for å kunne takle eventuelle kraftpåkjenninger fra marin
begroing, dragkrefter etc.
Figur 8 - Klemme og flyttefunksjon
Bachelor 2015
23
4.4.2 Friksjonsbelter
(Se figur 9){12}
Friksjonsbelter er en utprøvd og godt fungerende metode for fremdrift av ulike varianter
av «Crawlere» som skal klatre både på innsiden og utsiden av rør. Ved bruk av
friksjonsbelter vil klemkraften bli fordelt over et større område i forhold til hjul, og
flatetrykket reduseres. Siden fleksible stigerør har en beskyttende plastkappe, er det
ønskelig med lavt flatetrykk. Til dette designet er det sett nærmere på elektriske
friksjonsbelter som er trykkompensert for bruk ned til 3000 meter dybde.
-
Fordeler
Stort kontaktflate, dermed lavt
flatetrykk
Stabilt og godt feste under
kontinuerlig bevegelse
Kan ta opp krefter under
kontinuerlig bevegelse
Variabel hastighet
Mulighet for høy hastighet
Ikke følsom for smuss og begroing,
ved fleksibelt oppheng
Ferdig produserte moduler
Ulemper
-
Pris
Underlagstype kan påvirke
friksjokraft mellom belte og
stigerør.
Friksjonsbeltene er av typen Minitracks, levert av PSO, som er norsk distributør for
produsent Inuktun. Disse beltene har mange viktige fordeler som stemmer godt overens
med designgrunnlaget for den selvgående rengjøringsmaskinen for vertikale fleksible
stigerør. Belteenhetene mister ikke gripeevne under bevegelse, og gir derfor mulighet for
at rengjøringsprosessen og klatreprosessen kan foregå samtidig. Bruk av denne typen
belteenheter kan derfor gi rengjøring under kontinuerlig bevegelse, og har potensiale for
stor effektivitet.
Figur 9 - Friksjonsbelter
{12}
http://www.inuktun.com/crawler-tracks/minitracs/Minitracs.pdf (22.4.2015)
Bachelor 2015
24
4.5
Endelig valgte metoder
Et viktig grunnlag for designet av rengjøringsverktøy for vertikale fleksible stigerør er
effektivitet og tidsbesparelse. For å oppnå dette er det ønskelig at farkosten skal kunne
være i konstant bevegelse og samtidig arbeide med fjerning av marin begroing. Grunnet
ønske om mulighet for konstant fremdrift samtidig som arbeid utføres, blir klemme- og
flyttefunksjon forkastet.
Etter diskusjon med eksterne veiledere Øyvind Aksland og Anders Sandvik ifra DeepOcean
ble det bestemt at den valgte løsningen ble beltecrawler som klatresystem, med
gummibørster som rengjøringssystem. Dette systemet blir en slags hybridløsning, med
tanke på at verktøyet trenger både hydraulisk kraftoverføring fra ROV, samt elektrisk
overføring til beltercrawlerene. Inuktun sine beltecrawlerer og LateraL sine gummibørster
ble videre valgt for å anvende i prosjektet.
Med fremdriftssystem og rengjøringssystem fastsatt var det mulig å begynne design av
selve rammeverket som skal sammenkoble alle delene til en fungerende konstruksjon.
Bachelor 2015
25
5
Designgrunnlag
For at et design av rammeverk og komplett løsning skal kunne utarbeides, trengs det en
oversikt over alle hovedkomponenter og hovedkriterier som har direkte innvirkning på
utforming av rammeverket. Rammeverket bygges i stor grad ut fra komponentene som
skal inngå i designet sin geometri, og det er da viktig at alle geometrier som inngår er
kjent på forhånd.
5.1
Beltecrawler
Beltecrawlerene som ble valgt for videre utvikling av rengjøringsverktøyet er Minitracks
med Inuktun (Vedlegg G: Minitrac) som leverandør. Disse beltecrawlerene er elektriske,
og har en løftekapasitet/trekkraft på ca. 450N pr. enhet. Den elektriske energien som
trengs for å drive disse beltene skal leveres fra ROV.
Belteenhetene kan leveres med komplett oppheng designet etter kundens behov. Som
designgrunnlag tas det stilling til at belteenhetene leveres med komplett oppheng fra
leverandør. (Se figur 10){13}
Figur 10 - Inuktun Minitracks beltecrawler
{13}
http://www.inuktun.com/crawler-tracks/minitracs/Minitracs.pdf (22.4.2015)
Bachelor 2015
26
5.1.1 Forslag til oppheng for belteenhet
Det er lagt opp til at opphenget skal være fleksibelt, slik at belteenhetene skal kunne
bevege seg over små ujevnheter på overflaten.
Figur 11 – Forslag til oppheng for belteenhet
Opphenget som illustrert over viser et forslag til utforming av oppheng til belteenhetene.
Dette opphenget er lagt opp til å være fjærbelastet, med stag for retningsføring. Den
endelige utformingen ved en eventuell bestilling kan avike fra forslaget, da det er lagt opp
til at belteenhetene bestilles komplett med oppheng fra leverandør.
Bachelor 2015
27
5.2
Gummibørster
Gummibørstene av type FlexiClean fra LateraL ble valgt som rengjøringsmetode.
DeepOcean har erfaringer i bruk av disse børstene fra tidligere rengjøringsoperasjoner, og
kunne bekrefte at disse var svært effektive. (Se figur 12){14}
Det ble videre diskutert hvor mange børster som skulle brukes i rensesystemet for å få
nødvendig dekningsgrad.
Det ble vurdert å bruke 2-3 børster påmontert en skid som skulle rotere 360 grader rundt
røraksen. Slik ville man oppnå 360 grader dekningsgrad, og spare bruk av børstesett. Å
realisere et system med en roterende skid ville likevel kreve mange ekstradeler og unødig
komplisering av konstruksjonen.
Det er ønskelig å lage et enkelt og funksjonelt design, med minst mulig komplekse
løsninger. Etter diskusjon med veiledere ble det besluttet at det heller er ønskelig med 4
fastmonterte børster fremfor 3 børster montert på en roterende skid.
Løsningen ble å bruke 4 børster, der to og to går kontraroterende i forhold til hverandre.
Børstene er plassert med ca. 90 graders mellomrom, en i hver kvadrant av den sirkulære
rammen. På den måten får man full dekningsgrad rundt røret, samt at vridningskreftene
som oppstår ved bruk av 3 børster oppheves. Ved bruk av 4 børster vil børstene
overlappe hverandre, og må derfor ha en viss høydeforskjell for å forhindre at
børstetuppene slår i hverandre. For mer informasjon om FlexiClean børstene, se Vedlegg
H: LateraL FlexiClean
Figur 12 - FlexiClean børstehode
{14}
http://polatrak.stoprust.com/media/83404/flexiclean_blades_small.jpg (22.4.2015)
Bachelor 2015
28
Figur 13 - Plassering av børster
Røde ringer illustrerer eksempel på plassering av de hydrauliske motorene dersom det
blir brukt 3 børster, mens gule ringer illustrerer plasseringer dersom det blir brukt 4
børster. Løsningen med 4 børster ble valgt. Som de fire gule sirklene illustrerer er ikke de
hydrauliske motorene plassert med nøyaktig 90 graders mellomrom. Grunnen til det er at
ved 90 graders mellomrom vil motorene komme i konflikt med belteenhetene.
Dekningsgraden til børstene er likevel 360 grader, og at motorene ikke er plassert med 90
graders mellomrom gir ingen negative konsekvenser for dekningsgraden.
Bachelor 2015
29
5.3
Hydrauliske motorer
De hydrauliske motorene kommer i en pakke som blir levert av LateraL. Data på
yttermålene, fortrengningsvolum og maks arbeidstrykk ble utlevert, slik at det var
mulighet for å plassere motorene inn i rammen, samt utføre nødvendige beregninger
rundt drift av motorene. Siden de hydrauliske motorene er en del av LateraL sin
børstepakke, var det ikke nødvendig å kalkulere behov for, og lete etter egnede motorer.
For mer informasjon om Hydrauliske motorer, se Vedlegg H: LateraL FlexiClean
Figur 14 - Illustrasjon av hydraulikkmotor med børste
Bachelor 2015
30
5.4
Åpne- /lukkesylinder
For at en ROV skal kunne montere rengjøringsverktøyet på plass på stigerør, må den ha
en åpne-/lukkefunksjon. Det ble vurdert mekaniske varianter som styres av
manipulatorarm på ROV, og hydrauliske løsninger.
Hydrauliske sylindre ble valgt som en åpne-/lukkemekanisme for rammen. En stor fordel
med sylindre er at man kan håndtere store krefter på relativt liten plass.
Det ble bestemt at det skulle brukes 2 sylindere som skulle sørge for å åpne og lukke
rammen, samt sørge for å holde rammen lukket under operasjon. Om sylindrene skulle bli
plassert utenfor eller inne i rammen ble videre diskutert. Dersom man skulle plassere
disse på utsiden av rammen, vil man videre måtte lage et beskyttende deksel for
sylindrene. Dersom det er mulighet for å plassere sylindrene inne i selve rammen, vil
denne automatisk føre til beskyttelse for sylindrene. Det ble derfor valgt at sylindrene
skal plasseres inne i rammen for å utnytte rammeverket som beskyttelse.
For mer informasjon om hydrauliske sylindre, se Vedlegg I: Åpne-/lukkesylinder
Figur 15 - 3D-modell av hydraulisk sylinder
Bachelor 2015
31
5.5
Presentasjon av rammedesign
5.5.1 Grunnlag for design
Designet av rammeverket er i stor grad utformet etter allerede kjente geometrier som
skulle være en del av det endelige designet. Dette er komponenter som minitracks,
hydrauliske motorer, åpne-/lukkesylindre osv. Alle slike komponenter er ferdig leverte
enheter der form og festepunkter allerede er fastsatt, og det er ikke mulig å endre
plassering og utforming av disse. Det er derfor viktig å ha god oversikt over de ferdige
delenes geometri, slik at man kan designe en ramme som er spesialtilpasset de kjente
geometriene. Man oppnår slik en optimalt utformet konstruksjon i forhold til delene som
skal inngå. Konstruksjonen ble modellert i AutoDesk Inventor.
Å bruke ferdigproduserte deler som grunnlag for å utarbeide et design som gir den
funksjonen designeren ønsker, er i dag en vanlig arbeidsmetode. Pr. i dag finnes det et
enormt teknisk marked, som dekker det meste man kan tenke seg av tekniske funksjoner.
En stor fordel med dette er at hver enkelt modul man bestiller er optimalisert for sitt bruk
gjennom prøving, feiling og redesign av produsenten. Ingeniøren bruker dette markedet
til å sette enkeltkomponenter sammen til en konstruksjon som dekker et gitt
funksjonsbehov.
5.5.2 Design av rammeverk
Før design av rammen ble alle kjente geometrier av de aktuelle komponentene
3D-modellert i Inventor. Alle disse geometriene ble plassert rundt et rør som skulle
simulere den fleksible stigerør. På denne måten kan man danne et overblikk over hvordan
det er ideelt å plassere alle de forskjellige delene for å skape et funksjonelt design. Ved
denne fremgangsmåten kan det dannes et visuelt grunnlag som gir gode indikasjoner for
hvordan et rammeverk kan utformes videre. Plasseringen av delene er ikke en endelig
bestemmelse, men et visuelt hjelpemiddel.
Bachelor 2015
32
5.5.2.1
Hexagonal ramme
I første utkast ble det vurdert å lage en hexagonal/sekskantet form på rammen. Tanken
bak dette var å lage en ramme som har et lite projisert areal i vertikal retning, lav vekt, og
åpen konstruksjon. Det ble modellert et utkast i Inventor som vist under.
Figur 16 - Sekskantramme
Denne utformingen av rammen ble forkastet, da utformingen byr på betydelige
problemer, som for eksempel:
- Den åpne konstruksjonen gir svært dårlig beskyttelse for de indre komponentene
- Det må bygges ut festepunkter for hver enkelt indre komponent, noe som vil føre
til en ustabil konstruksjon.
- Vanskelig å oppnå en sterk konstruksjon uten å overdimensjonere rammen.
- Vanskelig å sette inn avstivere.
- Små anleggsflater for utforming av indre strukturer.
- Vanskelig å feste oppdriftselementer
På grunnlag av overnevnte utfordringer ble det besluttet at den sekskantede rammen
skulle forkastes. Ved design av en ny løsning ble de kjente utfordringene som oppstod
med den sekskantede rammen tatt til følge. Den nye løsningen ble direkte utformet for å
unngå overnevnte problemer, slik at det nye designet ble sterkt forbedret i forhold til
første utkast.
Bachelor 2015
33
5.5.2.2
Valgt ramme
Ved utforming av den valgte løsningen valgte gruppen å utforme rammen mer direkte
etter hvordan de indre komponentene var ønsket plassert. Fremfor å bruke en gitt
rammeform som er satt sammen med tverrgående stag, var det ønskelig å bruke en mer
sammenhengende konstruksjonsform. Denne rammetypen vil også gi en stivere og mer
stabil konstruksjon.
Det ble besluttet at rammeformen skulle følge det sirkulære tverrsnittet som
rengjøringsverktøyet skal arbeide på. Rammen skal lages ut av mest mulig hele platedeler,
slik at den dekker 360 grader rundt røret. Slik får man mer naturlige festepunkter for
indre komponenter, da man bygger de innenfra og utover i rammestrukturen der de
ønskes plassert. Ved en heldekkende rammestruktur elimineres problemet med lite
anleggsflater, og man unngår å måtte konstruere anhengsdeler til hver enkelt
komponent.
Figur 17 - Sirkulær ramme
Som bildet over viser er rammen konstruert i utganspunktet som et massivt sirkulært
emne som festes rundt hele flaten som skal rengjøres. Dette gir mulighet til å lage
festepunkter der det passer best å plassere de, uten å måtte konstruere en egen
festemodul for dette. Det største «sporet» i rammen er det kommende festepunktet for
en av belteenhetene.
Bachelor 2015
34
Når festepunktene for alle indre enheter er konstruert, kan man fjerne overflødig metall
og begynne vektredusering og avstiving av rammen. Ved bruk av avstivere kan man
oppnå høy styrke i relativt tynne konstruksjoner.
Figur 18 - Bilde av endelig rammekonstruksjon
Bildet over viser den endelige rammekonstruksjonen. Som man kan se på bildet er
rammekonstruksjonen vesentlig forandret, sammenlignet med den massive rammen som
er vist i figur 17. Sett ovenfra ser man de sirkulære festepunktene som de hydrauliske
motorene skal plasseres i.
Som man ser av bildet er det lagt vekt på å fjerne mest mulig overflødig material fra
rammen, dette blir gjort for å redusere vekten av konstruksjonen til et minimum.
Vektreduksjon er viktig for at farkosten skal kunne ha nøytral vekt i vann, samtidig som
størrelse og bruk av oppdriftselement holdes på et minimum.
Bachelor 2015
35
Ved fjerning av material vil også styrkeegenskapene til konstruksjonen svekkes, og dette
må derfor kompenseres for. Ved materialfjerning blir det kompensert for styrketap ved
bruk av tverrgående avstivere. Slik kan man oppnå tilfredsstillende styrke og stivhet,
samtidig som materialvolum holdes på et minimum.
5.5.3 Endelig design
Det endelige designet består av en sammensetting av den endelige
rammekonstruksjonen, og alle de eksterne delene som er presentert som designgrunnlag.
Figur 19 - Sammensatt konstruksjon
Bildet over viser den ferdige rammekonstruksjonen påmontert alle de eksterne delene.
De sorte feltene øverst på rammekonstruksjonen er avtagbare lokk som sikrer enkel
tilkomst for montering og demontering av indre komponenter i rammen. Verktøyet står
her i åpen posisjon, klart for å settes på et stigerør. Verktøyet holdes åpent av de
hydrauliske sylinderene som står for åpne- og lukkefunksjon av verktøyet.
Bachelor 2015
36
Figur 20 - Verktøy på stigerør
Bildet over viser det sammensatte verktøyet plassert på et rør/stigerør i den situasjon det
er konstruert for. Som bildet viser skal verktøyet kunne klatre vertikalt oppover et
stigerør samtidig som børstene rengjør stigerør for begroing.
Verktøyet er beregnet for å plasseres direkte på stigerøret. For at dette skal være mulig
kan ikke stigerøret ha store mengder begroing i punktet der verktøyet først skal plasseres
over, men det skal være mulig å plassere verktøyet direkte over lett begroing. Ved store
mengder marin begroing i monteringspunktet kan verktøyet enten monteres på større
dyp der det er mindre marin begroing, eller at en ROV med børste rengjør
påsettingspunktet. Ved montering på større dyp forutsetter det at verktøyet ikke møter
på større hindringer som flenser og lignende på vei opp til rengjøringssonen.
Bachelor 2015
37
5.6
Gjennomgående bolt og hengsler
For å kunne åpne og lukke rammen trengs det en hengslemekanisme som muliggjør at de
to hoveddelene av rammen enkelt kan plasseres over et rør. Hengslemekanismen vil
bestå av hengsleledd fordelt fra bunn til topp av begge rammedelene, og en
gjennomgående bolt.
Hengsleleddene er plassert på utsiden av rammedelene, og sylindrene som står for
åpning og lukking av rammen ligger på innsiden.
5.6.1 ROV holdepunkt
Hvordan ROV skulle holde verktøyet for å få plassert det rundt rør/stigerør ble diskutert.
Det var ønskelig at ROV kunne ta tak rundt en form for handtak, for så å plassere
verktøyet og gi slipp for så å trekke seg vekk fra stigerør.
Den gjennomgående bolten i hengslefunksjonen regnes å ha tilstrekkelig styrke, og stikker
langt nok ut til at ROV kan bruke denne som holdepunkt.
Om det er ønskelig med et dedikert holdepunkt for ROV, kan det festes en «fishtail» i en
av de to rammedelene. Hvilken rammedel som blir påmontert holdepunkt blir vurdert
behov/ønske.
5.6.2 Løftepunkter
For å kunne løfte verktøyet ifra skipet og ned i sjøen, samt fra sjøen og opp på skipet var
det ønskelig å ha enkelte løftepunkt. Disse løftepunktene må tåle kreftene som kommer
av egenvekten til hele verktøyet i luft. Det blir av hensyn til vekt vurdert om komponenter
i selve konstruksjonen kan brukes som løftepunkt, slik at man holder bruk av
komponenter og materialbruk på et minimum.
Etter vurdering av styrkeegenskaper i hengsler og gjennomgående bolt, er det besluttet at
denne bolten kan fungere som et løftepunkt. Om det likevel er ønskelig å ha separate
løftepunkter, er det også mulig å tilføre konstruksjonen dette.
Det er beregnet at det kan plasseres 4 løfteører på konstruksjonen, der hvert enkelt øre
er dimensjonert til å tåle vekten av hele konstruksjonen alene i luft. Se vedlagte
beregninger for løftepunkter under Vedlegg A: Handberegninger og direkte tilknyttet
informasjon
Bachelor 2015
38
5.7
Låsemekanisme
I tillegg til at de hydrauliske sylinderene som står for
åpne-/lukkefunksjonen vil holde konstruksjonen lukket
under drift, er det designet en separat mekanisk
låsemekanisme i tilfelle systemsvikt.
Låsemekanismen er en fjærbelastet «smekklås» som
geleides automatisk inn i låsesporet når rammen settes i
lukket stilling. Fjærbelastningen sørger for at låsen
holder seg i låst stilling. Ved åpning av konstruksjonen
må mekanismen manuelt trekkes ut av låsesporene av
manipulatorarmen til ROV.
Ved eventuelt tap av hydraulisk trykk i systemet, vil
låsemekanismen fungere som en sikkerhet for at
verktøyet ikke faller av stigerøret.
Figur 21 - Låsemekanisme
Figur 22 viser låsemekanismen i låst stilling. De to sorte
knottene som er stukket gjennom to hull i den grå
platedelen illustrerer selve låsefunksjonen. De 4
knottene geleides inn i låsesporet, som består av 4 hull,
og slippes ned i hullene. Fjærbelastningen holder
låsefunksjonen i lukket stilling, og må manuelt trekkes ut
av ROV for å åpne verktøyet igjen. For å unngå
toleranseproblemer vil hullene i låseplaten enten ha en
diameter som er noe større enn knottene, eller ha en
oval utforming.
Figur 22 - Låsemekanisme i lukket stilling
Bachelor 2015
39
5.8
Hydraulikksystemet
Hele hydraulikksystemet skal bli drevet av Supporter ROV sitt hydrauliske system, det vil
si at all tilførsel av hydraulikkolje kommer direkte fra ROV og inn på de komponentene
som trenger det. Komponentene er hydrauliske er de to åpne-/lukkesylindrene og de 4
børstene. Det er ønskelig at det hydrauliske systemet er bygd opp så enkelt som mulig,
slik at faren for svikt i systemet minimeres.
Det hydrauliske systemet er delt opp i to separate kretser, det for å minimere antall
ekstrakomponenter på selve verktøyet.
5.8.1 Hydraulisk krets – åpne/lukke sylindere
Det hydrauliske anlegget vil bestå av følgende komponenter:
 2 stk dobbeltvirkende hydrauliske sylindre
 Hydraulikkslanger
Området som er merket «Interface
ROV» er en del av ROV’ens integrerte
hydrauliske system, og er ikke
ekstrakomponenter som følger med
verktøyet. Pumper og styringsventiler
for funksjonene til verktøyet vil være en
del av det hydrauliske systemet i ROV.
Figur 23 - Hydraulisk krets åpne- /lukkefunksjon
Bachelor 2015
40
5.8.2 Hydraulisk krets – børster
Det hydrauliske anlegget vil bestå av følgende komponenter:
 4 stk hydrauliske motorer
 4 strupninger for regulering av volumstrøm
 Hydraulikkslanger
Kretsen fungerer ved at ROV åpner
sitt hydrauliske uttak, oljen strømmer
til motorene, og fordeles likt til
motorene via strupinger foran
motorene.
Start av dette systemet kommer som
andre steg, etter at åpne-/lukke
sylinderne er satt i lukket stilling.
Som retningspilene viser, går to og to
motorer kontraroterende i forhold til
hverandre. Dette forhindrer
torsjonsmomenter fra verktøyet til
det fleksible stigerøret som ville
oppstått hvis alle børstene hadde
rotert i samme retning.
Figur 24 - Hydraulisk krets roterende gummibørster
Bachelor 2015
41
5.9
Slangeplasseringer og elektriske ledninger
Slangeplassering og plassering av elektriske ledninger ble videre vurdert. Det ble vurdert
at to mulige plasseringer var aktuelle, enten at alle gikk inn på samme sted i en av
rammedelene, for så å la de som trengtes på den andre rammedelen gå inn gjennom et
hull imellom disse. Det andre alternativet var å plassere slangene og kablene inn i to
forskjellige hull, et i hver av de to rammedelene. Dette sørger for at man slipper risikoen
for at kablene kan komme i klem imellom rammedelene når de skal lukkes.
Det er tiltenkt slanger og elektriske ledninger skal føres gjennom en felles «umbillical»
som også er forsterket ved hjelp av en vaier. Lengden av «umbillical» vurderes etter
bruksområde.
Det er tiltenkt at «umbillical» skal kobles til ROV på skipsdekket før sjøsetting.
Bachelor 2015
42
5.10 Oppdriftselementer
Det ble ytret ønske av DeepOcean om at verktøyet skulle ha nøytral vekt i vann. Det er
derfor beregnet hvor mye oppdriftselementer som trengs for at nøytralvekt skal være
mulig. Det er tatt høyde for egenvekt av oppdriftselementene.
𝜌𝑠𝑗ø𝑣𝑎𝑛𝑛 = 1,025 ∙ 103 𝑘𝑔/𝑚3
𝜌𝐴𝑙 = 2,7 ∙ 103 𝑘𝑔/𝑚3
𝜌𝑂𝑝𝑝𝑑𝑟𝑖𝑓𝑡𝑠𝑒𝑙𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡 = 0,1 ∙ 103 𝑘𝑔/𝑚3
Fra følgende vedlegg og Inventormodeller fremkom gitte data:
1. LateraL kit:
Vekt i vann 1stk LateraL kit se: Vedlegg H: LateraL FlexiClean
𝑊𝐿𝑎𝑡𝑒𝑟𝑎𝐿 = 𝑚 ∙ 𝑔 = 12𝑘𝑔 ∙ 10𝑚/𝑠 2 = 120𝑁
Vekt i vann 4stk LateraL kit:
𝑊1 = 4𝑠𝑡𝑘 ∙ 𝑊𝐿𝑎𝑡𝑒𝑟𝑎𝐿 = 4𝑠𝑡𝑘 ∙ 120𝑁 = 480𝑁
2. Minitracks se: Vedlegg G: Minitrac
Masse i luft 1stk Minitracks:
𝑚2 = 6𝑘𝑔
Volum spesifikasjoner 1stk Minitrack:
𝑉2 = 𝐿 ∙ 𝐵 ∙ 𝐻 = (0,09 ∙ 0,1 ∙ 0,38)𝑚3 = 3,42 ∙ 10−3 𝑚3
Vekt i vann 3stk Minitracks:
𝑊2 = 3𝑠𝑡𝑘(𝑚2 ∙ 𝑔 − 𝜌𝑠𝑗ø𝑣𝑎𝑛𝑛 ∙ 𝑉2 ∙ 𝑔)
𝑊2 = 3𝑠𝑡𝑘 ∙ (6𝑘𝑔 ∙ 10 𝑚/𝑠 2 − 1,025 ∙ 103 𝑘𝑔/𝑚3 ∙ 3,42 ∙ 10−3 𝑚3 ∙ 10 𝑚/𝑠 2 ) ≈ 75𝑁
3. Rammen
Volum av ramme (hentet fra Inventor):
𝑉3 = 10851462,48 𝑚𝑚3 ≈ 0,011𝑚3
Vekt av ramme i vann:
𝑊3 = 𝑉3 ∙ 𝑔 ∙ (𝜌𝐴𝑙 − 𝜌𝑠𝑗ø𝑣𝑎𝑛𝑛 )
𝑊3 = 0,011𝑚3 ∙ 10𝑚/𝑠 2 ∙ (2,7 − 1,025) ∙ 103 𝑘𝑔/𝑚3 ≈ 185𝑁
Bachelor 2015
43
Det sammensatte verktøyets vekt i vann, uten oppdriftselementer.
𝑊 = 𝑊1 + 𝑊2 + 𝑊3 = (480 + 75 + 185)𝑁 = 740𝑁
På grunnlag av det sammensatte verktøyets vekt i vann, kan det nå beregnes hvor stort
volum av oppdriftselement som trengs for at verktøyet skal være nøytralvektig i vann.
𝑊𝑡𝑜𝑡 = 0 → 𝑊 + 𝜌𝑂𝑝𝑝𝑑𝑟𝑖𝑓𝑡𝑠𝑒𝑙𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡 ∙ 𝑉𝑂𝑝𝑝𝑑𝑟𝑖𝑓𝑡𝑠𝑒𝑙𝑒𝑚𝑒𝑛 ∙ 𝑔 − 𝜌𝑠𝑗ø𝑣𝑎𝑛𝑛 ∙ 𝑉𝑓𝑙𝑦𝑡𝑒𝑒𝑙𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡 ∙ 𝑔 = 0
𝑉𝑂𝑝𝑝𝑑𝑟𝑖𝑓𝑡𝑠𝑒𝑙𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡 =
𝑉𝑂𝑝𝑝𝑑𝑟𝑖𝑓𝑡𝑠𝑒𝑙𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡 =
𝑊
𝑔 ∙ (𝜌𝑠𝑗ø𝑣𝑎𝑛𝑛 − 𝜌𝑂𝑝𝑝𝑑𝑟𝑖𝑓𝑡𝑠𝑒𝑙𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡 )
740𝑁
10 𝑚/𝑠 2 ∙ (1,025 − 0,1) ∙ 103 𝑘𝑔/𝑚3
𝑉𝑂𝑝𝑝𝑑𝑟𝑖𝑓𝑡𝑠𝑒𝑙𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡 = 0,08𝑚3 = 80𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟
Oppdriftselementene som er brukt i denne sammenhengen er av type H100. DeepOcean
har gitt spesifikasjoner for denne type oppdriftselement, og dette blir derfor brukt som
utgangspunkt for oppdriftsberegninger.
Tetthet og egenvekt på oppdriftselementene varierer etter hvilken dybde de er laget for å
operere ved. Ved økende dybde øker også trykket som virker på oppdriftselementene, og
dermed må materialtettheten i oppddriftselementene øke for å unngå kollaps. Volum og
pris av flytelementer må beregnes etter hvilken dybde verktøyet skal brukes i.
Det er beregnet at volumet av konstruksjonens «hulrom» etter materialforminskning er
tilstrekkelig stort til at positiv oppdrift i vann kan skapes. Ved å utnytte hulrom i
konstruksjonen til å plassere oppdriftselementer, vil man da oppnå nøytral vekt i vann
uten å måtte øke ytre mål av konstruksjonen av betydelig grad.
Ved endelig konstruksjon og tilpassing av oppdriftselementer har DeepOcean erfaring i
bruk av Mundalgruppen AS som leverandør. Fordelen ved bruk av en spesialisert
leverandør er at de har spesialkompetanse innen tilpassing av oppdriftselementer, slik at
man oppnår optimal stabilitet under vann.
Bachelor 2015
44
6
Økonomiske betraktninger
For stykkliste, se Vedlegg B: Stykkliste
6.1
Døgnrate
En typisk pris for en kostnad for en offshore operasjon hos DeepOcean er mellom NOK
700 000 - 730 000,- pr. døgn. Dette fører til at inntjeningspotensialet for hver enkelt
operasjon er stor om man kan effektivisere arbeidet som skal gjøres.
6.2
Innkjøps- og sammenstillingskostnad
Komponent
Antall
Pris pr. enhet [NOK]
Leverandør
FlexiClean
MiniTracks
4
3
90 000,150 000,-
LateraL AS
Inuktun – PSO
AS
Malm Orstad AS
Astrup AS
Astrup AS
Mundal AS
Sylinder
Stag
Plate 3mm
Oppdriftselementer
2
15450,1
3705,-*
2
1950,-**
4𝑚
115
2054,-***
liter
*Standardlengde på 6m
**Trenger 3,5m2, selges i standard størrelser på 2m2
***Trenger 80liter, standard størrelse på H100-50 Plate 115liter
Total pris
[NOK]
360 000,450 000,30900,3705,1950,2054,-
Prisene er gitt uten frakt og merverdiavgift.
Arbeidstegningene er ansett å ikke være helt komplette i denne fasen, noe som fører til at
antall timer det trengs for å sveise sammen rammen og montere alle komponentene er
vanskelig å anslå. Det er derfor ikke angitt hva selve sammenstillingskostnaden vil være
for verktøyet på dette punkt av designfasen.
6.3
Inntjeningspotensiale
For å holde høyest mulig effekt anbefaler LateraL at børstehodene blir byttet etter hver
12 operasjonstimer. I en tilbakemelding ifra ROV Supervisor fra DeepOcean har det komt
frem at børstene kan jobbe i over 20 timer på hard begroing og har fortsatt relativt lav
slitasje på seg {15}. Effektiviteten til børstene vil avta etter 12 timer, men de er fortsatt
effektive og brukbare utover dette.
Dersom enheten som har blitt designet vil kunne fjerne marin begroing raskere enn det
en enkel ROV vil klare ved hjelp av en enkel høytrykkspyler eller en børste som er de
valgene som er tilgjengelig på markedet i dag, vil det være mulighet for økt
inntjeningspotensiale for disse operasjonene.
Verktøyet er kostbart å lage, og børstene er kostbare å skifte ut etter bruk. For hver
enkelt time som spares på en offshore operasjon er det mulighet for å spare ca. NOK
30 000,- minus driftskostnader for verktøyet.
{15}
Produkt feedback «Flexiclean» http://stoprust.com/products-and-services/flexiclean/ (9.4.2015)
Bachelor 2015
45
7 Manuelle beregninger og anvendelse av
styrkeberegningsprogram
Alle hovekomponentene er styrkeberegnet ved hjelp av styrkeberegningsprogrammet
ANSYS. Grunnet begrensninger i studentversjonen av programmet er hver enkelt
komponent beregnet hver for seg, da programvaren ikke kan håndtere hele verktøyet på
en gang.
Resultatene fra ANSYS-analysene blir sammenlignet med tillatte spenninger for
materialtype med valgt sikkerhetsfaktor.
Kreftene som blir brukt i ANSYS analysene fremkommer under Krefter og moment på
belter, stempel, stag og lås i Vedlegg A: Handberegninger og direkte tilknyttet informasjon
Bachelor 2015
46
7.1
Rammedel 1
Det tas utgangspunkt i følgende kraftbilde for hvordan kreftene vil virke på rammen, som
er illustrert under.
Figur 25 – Kraftbilde rammedel 1
Følgende parametre er gitt:
𝐹𝐹𝑗æ𝑟 = 620𝑁 ∙ 4𝑠𝑡𝑘
𝐹𝐿å𝑠 = 3200𝑁
𝐹𝐷𝑟𝑎𝑔 = 1000𝑁
Lager 1 er punktet hvor den gjennomgående bolten holder sammen de to rammedelene.
Lager 2 er punktet hvor låsen holder sammen de to rammedelene.
Med utgangspunkt i det presenterte kraftbildet beregnes rammedelen i
styrkeberegningsprogrammet ANSYS. På neste side presenteres utdrag fra ANSYSrapporten og sammenlignes med manuelle beregninger.
Bachelor 2015
47
(Figur 25. Del nr. 1. Pos nr. 1)
For mer detaljert informasjon se Vedlegg O: ANSYS-rapport rammedel1
Figur 26 – Jevnføringsspenning ANSYS rammedel 1
𝑅𝑒 = 130𝑁/𝑚𝑚2
𝛾𝑆𝑓 = 5
Siden geometrien på rammene er relativt kompleks er det kun gjort ANSYS-beregninger
av selve rammedelen, kreftene som påføres er gjort manuelle beregninger på og kan sees
i vedlegg A.
𝑅𝑒
130𝑁/𝑚𝑚2
𝜎𝑡𝑖𝑙𝑙 =
=
= 26 𝑁/𝑚𝑚2
𝛾𝑆𝑓
5
Resultatet fra ANSYS viser at de maksimale spenninger som oppstår er innenfor tillatt
spenning (ANSYS 𝜎𝑀𝑎𝑥 ≈ 15,3𝑀𝑃𝑎){16}.
{16}
1 𝑀𝑃𝑎 = 1 𝑁/𝑚𝑚2
Bachelor 2015
48
Beregninger gjort i ANSYS viser at materialet er sterkt nok til å motstå betydelige
deformasjoner, illustrert som «Max» i bildet under.
Figur 27 – Deformasjon ANSYS rammedel 2
Bachelor 2015
49
7.2
Rammedel 2
Under vises kraftbildet som tas utgangspunkt i beregninger for rammedel 2 i ANSYS
analysen.
Figur 28 – Kraftbilde rammedel 2
Følgende parametre er gitt:
𝐹𝐹𝑗æ𝑟 = 620𝑁 ∙ 8𝑠𝑡𝑘
𝐹𝐿å𝑠 = 3200𝑁
𝐹𝐷𝑟𝑎𝑔 = 1000𝑁
Lager 1 er punktet hvor den gjennomgående bolten holder sammen de to rammedelene.
Lager 2 er punktet hvor låsen holder sammen de to rammedelene.
Med utgangspunkt i det presenterte kraftbildet beregnes rammedelen i
styrkeberegningsprogrammet ANSYS. På neste side presenteres utdrag fra ANSYSrapporten og sammenlignes med manuelle beregninger.
Bachelor 2015
50
(Figur 28. Del nr. 2. Pos nr. 2)
For mer detaljert informasjon se Vedlegg P: ANSYS-rapport rammedel2
Figur 29 – Jevnføringsspenning ANSYS rammedel 2
𝑅𝑒 = 130𝑁/𝑚𝑚2
𝛾𝑆𝑓 = 5
Grunnet kompleks geometri er det også her bare gjort ANSYS-beregninger.
𝜎𝑡𝑖𝑙𝑙 =
𝑅𝑒
130𝑁/𝑚𝑚2
=
= 26𝑁/𝑚𝑚2
𝛾𝑆𝑓
5
Analysen viser at spenningene er innenfor tillatt spenning (ANSYS 𝜎𝑀𝑎𝑥 = 13,6𝑀𝑃𝑎){17}.
{17}
1 𝑀𝑃𝑎 = 1 𝑁/𝑚𝑚2
Bachelor 2015
51
Beregninger gjort i ANSYS viser at materialet er sterkt nok til å motstå betydelige
deformasjoner, illustrert som «Max» i bildet under.
Figur 30 – Deformasjon ANSYS rammedel2
Bachelor 2015
52
7.3
Gjennomgående bolt
Under vises kraftbildet som tas utgangspunkt i for beregninger av den gjennomgående
bolten.
Figur 31- Kraftbilde gjennomgående bolt
Følgende parametre er gitt:
𝐹𝑔𝑗𝑒𝑛𝑛𝑜𝑚𝑔å𝑒𝑛𝑑𝑒 𝑏𝑜𝑙𝑡 =
1
∙𝐹
3 𝑅𝑒𝑠,𝑏𝑜𝑙𝑡
𝐹𝑅𝑒𝑠,𝑏𝑜𝑙𝑡 = 17615𝑁
Se vedlegg A Krefter og momenter for hvordan 𝐹𝑅𝑒𝑠,𝑏𝑜𝑙𝑡 blir funnet.
Lageret er definert i hengslepunktene til delrammene.
Med utgangspunkt i det presenterte kraftbildet beregnes bolten i
styrkeberegningsprogrammet ANSYS. På neste side presenteres utdrag fra ANSYSrapporten og sammenlignes med manuelle beregninger.
Bachelor 2015
53
(Figur 34. Del nr. 3. Pos nr. 5)
For mer detaljert informasjon se Vedlegg Q: ANSYS-rapport gjennomgående bolt
Figur 32 – Jevnføringsspenning ANSYS gjennomgående bolt
Maks spenning fra ANSYS ( 𝜎𝑀𝑎𝑥 = 30,1𝑀𝑃𝑎).
Det tas utgangspunkt i at kraften blir likt fordel på de 3 hengslepunktene.
𝑑𝑔𝑗𝑒𝑛𝑛𝑜𝑚𝑔å𝑒𝑛𝑑𝑒 𝑏𝑜𝑙𝑡 = 20𝑚𝑚
𝑅𝑒 = 300 𝑁/𝑚𝑚2
𝛾𝑆𝑓 = 5
Bachelor 2015
54
Tverrsnittsarealet av den gjennomgående bolten.
𝐴=𝜋∙
𝑑2
202
=𝜋∙
𝑚𝑚2 ≈ 314𝑚𝑚2
4
4
Skjærspenningen i bolten:
𝜏=
𝐹𝑔𝑗𝑒𝑛𝑛𝑜𝑚𝑔å𝑒𝑛𝑑𝑒 𝑏𝑜𝑙𝑡 1 𝐹𝑅𝑒𝑠,𝑏𝑜𝑙𝑡 1 17615𝑁
= ∙
= ∙
≈ 19 𝑁/𝑚𝑚2
𝐴
3
𝐴
3 314𝑚𝑚2
Finner så jevnføringsspenningen som oppstår i bolten:
𝜎𝐽𝐹 = √3 ∙ 𝜏 = √3 ∙ 19𝑁/𝑚𝑚2 ≈ 33𝑁/𝑚𝑚2
Den høyeste spenningen som fremkommer blir videre brukt for sammenligning med tillatt
spenning for materialet.
𝜎𝑀𝑎𝑥 = max(𝜎𝐴𝑁𝑆𝑌𝑆 , 𝜎𝐻å𝑛𝑑𝑏𝑒𝑟𝑒𝑔𝑛𝑖𝑛𝑔 ) = max(30,2𝑁/𝑚𝑚2 , 33𝑁/𝑚𝑚2 ) = 33𝑁/𝑚𝑚2
Sammenligner med tillatt spenning for materialet:
𝜎𝑡𝑖𝑙𝑙 =
𝑅𝑒 300𝑁/𝑚𝑚2
=
≈ 60𝑁/𝑚𝑚2
𝛾
5
𝜎𝑡𝑖𝑙𝑙 ≥ 𝜎𝑀𝑎𝑥
60𝑁/𝑚𝑚2 > 33𝑁/𝑚𝑚2
Bachelor 2015
55
Beregninger gjort i ANSYS viser at materialet er sterkt nok til å motstå betydelige
deformasjoner, illustrert som «Max» i bildet under.
Figur 33 – Deformasjon ANSYS gjennomgående bolt
Bachelor 2015
56
7.4
Lås
Det tas utgangspunkt i følgende kraftbilde på låsen som vist under:
Figur 34 - Kraftbilde låsearm
Kraften virker så nært lageret at en antar at ingen momenter oppstår.
Følgende parameter er gitt:
𝐹𝐿å𝑠 = 3170𝑁
Se under Vedlegg A: krefter og momenter på belter, stempel, bolt og lås for detaljer om
hvordan kraften ble funnet.
Bachelor 2015
57
(Figur 31. Del nr. 10. Pos nr. 6)
For mer detaljert informasjon se Vedlegg R: ANSYS-rapport låsemekanisme
Figur 35 – Jevnføringsspenning ANSYS låsearm
Maks spenning fra ANSYS (𝜎𝑀𝑎𝑥 = 44𝑀𝑃𝑎).
Manuelle beregninger for sammenligning med ANSYS-resultater.
𝑑𝑙å𝑠 = 15𝑚𝑚
𝑅𝑒 = 300𝑁/𝑚𝑚2
𝛾𝑆𝑓 = 5
Finner arealet til låsearmen:
𝐴=𝜋∙
Bachelor 2015
𝑑2
152
=𝜋∙
𝑚𝑚2 ≈ 180𝑚𝑚2
4
4
58
Finner skjærspenningen som oppstår i låsearmen:
𝜏=
𝐹𝑙å𝑠
3170𝑁
=
≈ 18𝑁/𝑚𝑚2
𝐴
180𝑚𝑚2
Finner jevnføringsspenningen som oppstår i låsearmen:
𝜎𝐽𝑓 = √3 ∙ 𝜏 = √3 ∙ 18𝑁/𝑚𝑚2 ≈ 31𝑁/𝑚𝑚2
Den høyeste spenningen som fremkommer blir videre brukt for sammenligning med tillatt
spenning for materialet.
𝜎𝑀𝑎𝑥 = max(𝜎𝐴𝑁𝑆𝑌𝑆 , 𝜎𝐻å𝑛𝑑𝑏𝑒𝑟𝑒𝑔𝑛𝑖𝑛𝑔 ) = max(44N/mm2 , 31𝑁/𝑚𝑚2 ) = 44𝑁/𝑚𝑚2
Tillatt spenning blir:
𝜎𝑡𝑖𝑙𝑙 =
𝑅𝑒 300𝑁/𝑚𝑚2
=
= 60 𝑁/𝑚𝑚2
𝛾
5
𝜎𝑡𝑖𝑙𝑙 ≥ 𝜎𝑀𝑎𝑥
60𝑁/𝑚𝑚2 ≥ 44𝑁/𝑚𝑚2
Beregningene viser at spenningene er innenfor tillatt spenning til materialet.
Bachelor 2015
59
Beregninger gjort i ANSYS viser at materialet er sterkt nok til å motstå betydelige
deformasjoner, illustrert som «Max» i bildet under.
Figur 36 – Deformasjon ANSYS låsearm
Bachelor 2015
60
7.5 Konklusjon av sammenligningern mellom handberegninger og
ANSYS
For rammedel 1 og 2 er det ikke utført manuelle håndberegninger, da geometrien på
disse er for kompleks.
For rammedel 1 og 2 måtte elementstørrelsen stilles i relativt stor størrelse, da
studentversjonen av ANSYS har begrensinger i forhold til hvor hvor avanserte
geometriene kan være, og hvor store elementene som beregnes kan være. Grunnet
begrensningene i studentversjonen måtte også rammedel 1 og 2 beregnes med tidligere
utkast, da geometrien ble for krevende for studentversjonen. Endringene i endelige
utkast i forhold til de beregnede utkastene er likevel så små at det ikke vil gi betydelige
avvik.
Analysene for låsearm og gjennomgående bolt viser visse avvik i forhold til manuelle
utregninger.
Forenklingene i de manuelle beregningene som er utført for låsearm og gjennomgående
bolt vil være hovedårsaken til avviket, grunnet at spenningsbildet kan være mer
komplekst enn antatt.
Ønsket materiale for analysen finnes ikke i ANSYS-biblioteket over materialer som kan
brukes, det kan medføre at materialegenskapene kan være noe forskjellige i forhold til
spenninger og deformasjon.
Bachelor 2015
61
8 Avsluttende diskusjon og forslag til videre
arbeid
8.1
Avsluttende diskusjon
I et marked med et stadig økende behov for rengjøring av vertikale fleksible stigerør,
ønsker DeepOcean AS å designe et automatisert system for effektivisering av slike
operasjoner. Det ble vektlagt at verktøyet skulle energiforsynes av ROV, slik at man
slipper å ha en egen «umbillical» og dekksbasert energiforsyning til verktøyet fra
overflaten.
Verktøyet som er designet er konstruert for utelukkende å få energitilførsel fra en
Supporter ROV som leveres av Kystdesign AS. Supporter ROV levert av Kystdesign er en av
DeepOcean’s standard type ROV, og er en mye brukt ROV både nasjonalt og
internasjonalt.
Optimalt sett kan hver enkelt børstemotor kjøres med en hydraulisk strøm på 60L/min.
Hydraulisk kapasitet fra Supporter ROV er på 75L/min fordelt på 4 hydrauliske motorer,
som gir en rotasjonshastighet på 172RPM per motor.
Grunnet begrenset hydraulisk kapasitet fra ROV til verktøyets hydrauliske motorer er det
noe usikkerhet om rotasjonshastigheten er høy nok til å fjerne begroingen effektivt. Om
rotasjonshastigheten er høy nok må undersøkes ved hjelp av forsøk, da det er store
variasjoner i typer og tykkelse av begroing, og hvilke krefter som trengs for å fjerne dette.
Belteenhetene som blir levert av PSO AS har en makshastighet på 10m/min. Realistisk sett
trenger nok børstene lengre tid for å fjerne den marine begroingen enn hastigheten
beltene har kapasitet til å gi. Det er vanskelig kunne forutsi eller regne seg frem til en
hastighet selve verktøyet vil bevege seg i, da det ikke finnes noe tall på hvor raskt
børstene fjerner den marine begroingen. Grunnet stadig variasjon i begroingstype og
mengde er det vanskelig å finne tall på dette.
Verktøyets effektivitet vil ha direkte sammenheng med hvor effektivt begroingen blir
fjernet, i forhold til hastigheten verktøyet kan beveges i. Den store fordelen med dette
verktøyet er at det dekker 360 grader på sylinderformet overflate. Skal man dekke 360
grader ved hjelp av ROV og en enkel børste, vil dette være tidkrevende og en upraktisk
måte å arbeide på.
Innjeningspotensialet ved bruk av verktøyet vil ha direkte sammenheng med eventuell
effektivsering i forhold til dagens metode for rengjøring av stigerør. Døgnraten for en
offshoreoperasjon av DeepOcean ligger på NOK 700 000 - 730 000,-, dette gir en timepris
på ca NOK 30 000,-. Timeprisen viser at effektivisering av dagens metoder har potensiale
for større inntjening, da effektivisering frigir kapasitet for flere oppdrag.
Bachelor 2015
62
Om det er realistisk å sette verktøyet i produksjon vil være avhengig av om potensialet for
inntjening er stort nok. Verktøyets effektivitet må vurderes opp mot behovet for slike
operasjoner i dagens, og et fremtidig marked. Verktøyet består av kostbare komponenter
og vil derfor være kostbart å produsere. Skal verktøyet produseres må behovet i
markedet være så stort at produksjon og bruk av vektøyet vil lønne seg.
8.2
Forslag til videreutvikling
8.2.1 Kombinere rengjøringsmetoder
Å kombinere flere varianter av rengjøringsmetoder kan bidra til å effektivisere verktøyet
ytterligere, alt etter hvilke krav som stilles til renhetsgrad. En aktuell kombinasjon kan
eksempelvis være å kombinere børstefunksjonen og høytrykksspyling.
8.2.2 Multi purpose funksjon
Å gi mulighet for en «multi purpose funksjon» vil si at man skal kunne integrere andre
typer verktøy til selve crawlerenheten, gjerne via et fastsatt «universalt interface». Multi
purpose-funksjoner kan eksempelvis være å koble til inspeksjonsutstyr i stedet for
rengjøringsutstyr, evt. en kombinasjon av både rengjøring og inspeksjon.
8.2.3 Modulbasert oppbygning
Ved å dele opp hovedgeometrien i flere moduler vil man få mulighet til å bytte ut enkelte
moduler, og dermed mulighet til å tilpasse verktøyet for langt flere rørdimensjoner. Ved
modulbasert oppbygning er hensikten å kunne bruke de mest kostbare komponentene på
flere rørdimensjoner, kun ved å kunne justere størrelsen på rammeverket.
8.2.4 Kamera
Om det erfares behov for det, kan det være aktuelt å utstyre rengjøringsverktøyet med
kameraer som kan overvåke operasjonen med nærbilder utover det ROV kan gi.
Bachelor 2015
63
9
Konklusjon
Oppgaven som ble gitt av DeepOcean AS er gitt på grunnlag av ønske om effektivisering
av rengjøring av vertikale fleksible stigerør. Oppgaven går ut på kartlegging av dagens
metoder, produkter på markedet, samt design av en selvgående farkost for fjerning av
marin begroing på vertikale fleksible stigerør.
Som startgrunnlag for oppgaven var det naturlig å begynne med å undersøke og kartlegge
hvilke metoder som blir brukt pr. i dag, og hvilke alternative verktøy som finnes på
markedet for slike operasjoner. De mest relevante arbeidsmetoder og utstyrsvarianter ble
kartlagt og og vurdert.
Dagens metoder baserer seg i all hovedsak på bruk av ROV, utstyrt med en enkel
hydraulisk børste. Vurdert ut fra dagens metoder var det tydelig at det finnes et
potensiale for effektivisering av slike operasjoner, da bruk av ROV med børste er en
forholdsvis enkel og tidkrevende metode. Kartlegging av alternative løsninger for
tilsvarende operasjoner ga et tydelig grunnlag for å utarbeide et selvgående fartøy som
kan effektivisere slike operasjoner.
DeepOcean har presisert at det var ønskelig å unngå dekksbasert energitilførsel til
verktøyet, og at det var ønskelig at verktøyet skulle ha energitilførsel direkte fra ROV.
Disse begrensningene for verktøyet spilte en sentral rolle fra første stund av designfasen,
da en ROV har begrenset kapasitet for drift av eksterne verktøy. En ROV kan gi både
hydraulisk kraft og elektrisk energi til eksterne verktøy.
Begrensningene var viktige å ta høyde for ved utvelgelse av metoder for fremdrift,
rengjøring, og eventuelle metoder for å åpne og lukke verktøyet. Det ble lagt vekt på at
man skulle kunne utnytte maksimalt av driftskapasiteten en ROV kan by på, samt at man
ikke kan bruke komponenter som overgår kapasiteten ROV kan levere.
Det ble valgt å bruke en hybridløsning med elektrisk fremdrift og et hydraulisk
børstesystem. På denne måten kan man utnytte den elektriske energien en ROV kan
levere, og prioritere all hydraulisk kraft til børstesystemet. Børstetypen ble valgt på
grunnlag av DeepOcean’s positive erfaringer ved bruk av den spesifikke børstetypen.
Det endelige designet er et verktøy som er utstyrt med elektrisk fremdrift, 4 hydrauliske
børster som sammen dekker 360 grander av en sylinderformet overflate, og hydraulisk
åpne- og lukkesystem som er sikret med en manuell låsemekanisme. Verktøyet er
nøytralvektig i vann, og kan brukes på store havdyp. Oppdriftselementene må velges etter
hvilket havdyp verktøyet skal brukes på.
Gjennom designfasen er det gjort både manuelle og datasimulerte beregninger for å
dokumentere at designet tåler påkjenningene det vil utsettes for.
Gruppen anser at målene som ble satt for oppgaven er oppnådd, og at designet er holdt
innenfor begrensningene som ble satt i samråd med DeepOcean.
Bachelor 2015
64
Ordliste
GVI
General Visual Inspection
CVI
Close Visual Inspection
DI
Detailed Inspection
ROV
Remotely Operated Vehicle
Cr
Krom
Ni
Nikkel
Al
Aluminium
Mg
Magnesium
Umbilical
Kabel til energioverføring og styring
DNV
Det Norske Veritas
Manipulator
Arbeidsarm på ROV
Interface
Tilkoblingspunkt
Dragkrefter
Krefter på et areal dannet av vann i
bevegelse
Crawler
Selvklatrende/selvgående enhet
Fishtail
Håndtak tilpasset ROV
Supervisor
Lederstilling
Multi purpose funksjon
Flerfunksjon
Bachelor 2015
65
Referanser
[1]
Fleksible stigerør (6.2.2015) Ref til:
https://snl.no/fleksibelt_stiger%C3%B8r
[2]
Blåskjell (6.1.2015) Ref til:
https://snl.no/bl%C3%A5skjell
[3]
Rur (6.1.2015) Ref til:
https://snl.no/rur
[4]
Marin begroing (5.1.2015) Ref til:
http://home.online.no/~akvitrud/1995%20begroing.htm
[5]
Marine Cleaning tool (15.2.2015) Bilde hentet fra: {1}
http://www.uesltd.net/pdf/MC211%20Data%20Sheet.pdf
[6]
LateraL Flexiclean (18.2.2015) Bilde hentet fra: {2}
http://stoprust.com/products-and-services/flexiclean/
[7]
LateraL FlexiTRIC (27.1.2015) bilde hentet fra: {3}
Vedlegg K: LateraL FlexiTRIC
[8]
Oceaneering Mooring Line Cleaning Tool (19.2.2015) Bilde hentet fra: {4}
http://www.oceaneering.com/oceandocuments/brochures/subseaproducts/Ocea
neering-DTS-Catalog-2013.pdf ROV Tooling-Cleaning Tools-s18
[9]
Oceaneering Splashzone Riser Inspection Tool (19.2.2015) Bildet hentet fra: {5}
http://www.oceaneering.com/oceandocuments/brochures/inspection/INS%20%20Splashzone%20Riser%20Inspection%20Tool.pdf
[10]
Versatrax Microclimber System (11.2.2015) Bilde hentet fra: {6}
http://www.inuktun.com/crawler-vehicles/versatrax-microclimber.html
[11]
Bård Arve Valstad, PSO, Produktleder Inspeksjon Subsea (18.2.2015): {7}
www.pso.no
[12]
“FlexiClean” LateraL (26.2.2015) Ref til: {8}
http://www.lateral.no/flexiclean.html
[13]
Generelt om material og egenskaper (10.1.2015) Ref til:
Mekanisk konstruksjon og teknisk design s22.
Bachelor 2015
66
[14]
Generelt ulike materialer (6.1.2015) Ref til: {9}
Jens Chr. Lindaas. (Undervannsteknologi kompendiet/Jens Chr. Lindaas HSH Del 6
kap. 3.10 Andre materialer og aktuelle bruks områder
[15]
Korrosjonsbestandig stål (10.1.2015) Ref til:
http://materialteknologi.hig.no/Materiallare/arbeidsplan/korrosjonsbestandige%2
0stal/Materiallaere-korrosjonsbestandige%20stal-kompendium.pdf
[16]
Duplex-stål (6.1.2015) Ref til:
http://www.sverdrupsteel.com/no/duplex-uns-s31803/
[17]
Superduplex-stål (6.1.2015) Ref til:
http://www.sverdrupsteel.com/no/superduplex-760/
[18]
Aluminium (6.1.2015) Ref til:
http://materialteknologi.hig.no/Skriftserien/ML_Aluminium_2012_nr.5.pdf
[19]
Titan (6.1.2015) Ref til:
http://materialteknologi.hig.no/Skriftserien/ML_Titan_2012_nr.7.pdf
[20]
Ultralyd info og virkemåte (12.3.2015) Ref til: {10}
http://www.toskedaluvservice.no/verdt_%C3%A5_vite_om_ultralyd.pdf
[21]
LateraL FlexiClean (22.4.2015) Bilde hentet fra: {11}
http://www.lateral.no/uploads/2/9/4/8/29489997/9456706.png
[22]
Inuktun MiniTracks (22.4.2015) Bilde hentet fra: {12} {13}
http://www.inuktun.com/crawler-tracks/minitracs/Minitracs.pdf
[23]
FlexiClean Børstehode (22.4.2015) Bilde hentet fra: {14}
http://polatrak.stoprust.com/media/83404/flexiclean_blades_small.jpg
[24]
Produkt feedback «Flexiclean» (9.4.2015) Ref til: {15}
http://stoprust.com/products-and-services/flexiclean/
Bachelor 2015
67
Vedlegg
Vedlegg A: Handberegninger og direkte tilknyttet informasjon
Valg av sikkerhetsfaktor
Etter møte med DeepOcean ble det bestemt at NORSOK standarden skulle brukes ved valg
av sikkerhetsfaktor (se bildet under hentet fra Mekanisk konstruksjon og teknisk design
“Øyvind Husø” side 105 18.3.2015)
Siden produktet som utvikles er et konsept, og ikke en ferdig løsning hvor det kan utføres
tester av verktøyet osv. ble det valgt en sikkerhetsfaktor lik 5.
Bachelor 2015
I
Symbolliste
𝑊 = 𝑉𝑒𝑘𝑡 𝑖 𝑣𝑎𝑛𝑛 [𝑁]
𝑉𝑓 = 𝐹𝑜𝑟𝑡𝑟𝑒𝑛𝑔𝑡 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚 𝑖 𝑣𝑎𝑛𝑛 [𝑚3 ]
𝑔 = 𝑇𝑦𝑛𝑔𝑑𝑒𝑛𝑠 𝑎𝑘𝑠𝑒𝑙𝑒𝑟𝑎𝑠𝑗𝑜𝑛 [10𝑚/𝑠 2 ]
𝜎𝐽𝑓𝑟 = 𝐽𝑒𝑣𝑛𝑓ø𝑟𝑖𝑛𝑔𝑠𝑠𝑝𝑒𝑛𝑛𝑖𝑛𝑔
[(𝑀𝑃𝑎), (𝑁/𝑚𝑚2 )]
𝛾𝑠𝑓 = 𝑆𝑖𝑘𝑘𝑒𝑟ℎ𝑒𝑡𝑠𝑓𝑎𝑘𝑡𝑜𝑟
𝐷 = 𝑌𝑡𝑟𝑒𝑑𝑖𝑎𝑚𝑒𝑡𝑒𝑟 [(𝑚), (𝑚𝑚)]
𝜏 = 𝑆𝑘𝑗æ𝑟𝑠𝑝𝑒𝑛𝑛𝑖𝑛𝑔 [(𝑀𝑃𝑎), (𝑁/𝑚𝑚2 )]
𝐹 = 𝐾𝑟𝑎𝑓𝑡 [𝑁]
𝑘 = 𝐴𝑑𝑑𝑒𝑑 𝑚𝑎𝑠𝑠 𝑓𝑎𝑘𝑡𝑜𝑟
𝑐𝐷 = 𝐷𝑟𝑎𝑔𝑘𝑜𝑒𝑓𝑓𝑖𝑠𝑒𝑛𝑡
ℎ𝑚𝑎𝑘𝑠 = 𝑀𝑎𝑘𝑠 𝑏ø𝑙𝑔𝑒ℎø𝑦𝑑𝑒 [𝑚]
𝐹𝑓 = 𝐹𝑗æ𝑟𝑘𝑟𝑎𝑓𝑡 [𝑁]
𝑥 = 𝑆𝑎𝑚𝑚𝑒𝑛𝑡𝑟𝑦𝑘𝑛𝑖𝑛𝑔 [𝑚𝑚]
𝑀 = 𝑀𝑜𝑚𝑒𝑛𝑡 [(𝑁𝑚), (𝑁𝑚𝑚)]
𝛼 = 𝑉𝑖𝑛𝑘𝑒𝑙 [°]
̇
𝑄 = 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑠𝑡𝑟ø𝑚 [𝑚3 /𝑠]
𝛾 = 𝐾𝑖𝑛𝑒𝑚𝑎𝑡𝑖𝑠𝑘 𝑣𝑖𝑠𝑘𝑜𝑠𝑖𝑡𝑒𝑡 [𝑚2 /𝑠]
𝜆 = 𝐹𝑟𝑖𝑘𝑠𝑗𝑜𝑛𝑠𝑓𝑎𝑘𝑡𝑜𝑟
𝜔𝑀 = 𝑉𝑖𝑛𝑘𝑒𝑙ℎ𝑎𝑠𝑡𝑖𝑔ℎ𝑒𝑡 [𝑟𝑎𝑑/𝑠]
𝜂𝑀𝑉 = 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑡𝑟𝑖𝑠𝑘 𝑣𝑖𝑟𝑘𝑛𝑖𝑛𝑔𝑠𝑔𝑟𝑎𝑑
𝑎 = 𝑎 − 𝑚å𝑙 [𝑚𝑚]
𝑙 = 𝐿𝑒𝑛𝑔𝑑𝑒 [(𝑚), (𝑚𝑚)]
Bachelor 2015
𝜌 = 𝑇𝑒𝑡𝑡ℎ𝑒𝑡/𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑡𝑒𝑡 [𝑘𝑔/𝑚3 ]
𝑚 = 𝑀𝑎𝑠𝑠𝑒 [𝑘𝑔]
𝜎𝑡𝑖𝑙𝑙 = 𝑇𝑖𝑙𝑙𝑎𝑡𝑡 𝑠𝑝𝑒𝑛𝑛𝑖𝑛𝑔
[(𝑀𝑃𝑎), (𝑁/𝑚𝑚2 )]
𝑅𝑒 = 𝐹𝑙𝑦𝑡𝑒𝑔𝑟𝑒𝑛𝑠𝑒 [(𝑀𝑃𝑎), (𝑁/𝑚𝑚2 )]
𝐴 = 𝑇𝑣𝑒𝑟𝑟𝑠𝑛𝑖𝑡𝑠𝑎𝑟𝑒𝑎𝑙 [(𝑚2 ), (𝑚𝑚2 )]
𝑑 = 𝐼𝑛𝑑𝑟𝑒 𝑑𝑖𝑎𝑚𝑒𝑡𝑒𝑟 [(𝑚), (𝑚𝑚)]
𝑣⃗ = 𝐻𝑎𝑠𝑡𝑖𝑔ℎ𝑒𝑡/𝑆𝑛𝑖𝑡𝑡ℎ𝑎𝑠𝑡𝑖𝑔ℎ𝑒𝑡 [𝑚/𝑠]
𝑚𝑎 = 𝐴𝑑𝑑𝑒𝑑 𝑚𝑎𝑠𝑠 [𝑘𝑔]
𝐹𝐷 = 𝐷𝑟𝑎𝑔 𝑘𝑟𝑎𝑓𝑡 [𝑁]
𝐴𝑝 = 𝑃𝑟𝑜𝑗𝑖𝑠𝑒𝑟𝑡 𝑎𝑟𝑒𝑎𝑙 [(𝑚2 ), (𝑚𝑚2 )]
𝑡𝑔𝑗 = 𝐺𝑗𝑒𝑛𝑛𝑜𝑚𝑠𝑛𝑖𝑡𝑡𝑠 𝑡𝑖𝑑 [𝑠]
𝑅 = 𝐹𝑗æ𝑟𝑠𝑡𝑖𝑣ℎ𝑒𝑡 [𝑁/𝑚𝑚]
𝑝 = 𝑇𝑟𝑦𝑘𝑘 [(𝐵𝑎𝑟), (𝑁/𝑚2 ), (𝑁/𝑚𝑚2 )]
𝐹𝑅 = 𝑅𝑒𝑠𝑢𝑙𝑡𝑎𝑛𝑡𝑘𝑟𝑎𝑓𝑡 [𝑁]
𝜃 = 𝑉𝑖𝑛𝑘𝑒𝑙 [°]
𝑅𝑒 = 𝑅𝑒𝑦𝑛𝑜𝑙𝑑𝑠𝑡𝑎𝑙𝑙
∆𝑝𝑡𝑎𝑝 = 𝑇𝑟𝑦𝑘𝑘𝑡𝑎𝑝 [(𝐵𝑎𝑟), (𝑁/𝑚2 )]
𝑣𝑚 = 𝑀𝑖𝑑𝑑𝑒𝑙ℎ𝑎𝑠𝑡𝑖𝑔ℎ𝑒𝑡 [𝑚/𝑠]
𝑉𝑀 = 𝐹𝑜𝑟𝑡𝑟𝑒𝑛𝑔𝑛𝑖𝑛𝑔𝑠𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚 [𝑚3 /𝑟𝑎𝑑]
𝑃∗ = 𝐸𝑓𝑓𝑒𝑘𝑡 [(𝑊), (𝑘𝑊 )]
𝐿 = 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑙𝑒𝑛𝑔𝑑𝑒 [(𝑚), (𝑚𝑚)]
𝑊 = 𝑀𝑜𝑡𝑠𝑡𝑎𝑛𝑑𝑠𝑚𝑜𝑚𝑒𝑛𝑡 [𝑚𝑚3 ]
II
Hydrodynamisk masse
For et verktøy som skal brukes i et undervannsmiljø er det viktig å kalkulere hvilke krefter
som kan genereres av omgivelsene. Krefter som er spesielt viktige å tenke på i dette tilfellet
er krefter som har innvirkning på «løftekapasiteten» til fremdriftssystemet, som har en
begrenset løftekraft.
I dette tilfellet vil verktøyet være nøytralvektig i vann, slik at vekten av verktøyet ikke er en
relevant faktor for hydrodynamiske beregninger så lenge verktøyet er nedsenket i vann.
Den eneste kraften som kan motvirke løftekapasiteten til verktøyet vil da være
«dragkraften» som genereres grunnet bevegelser i vannet. «Dragkraft» blir særlig aktuelt i
plaskesonen, der det er mye bølgebevegelser i vannet.
For å kalkulere «added mass» ble arealet av
det sirkulære tverrsnittet som vil ha direkte
innvirkning på den vertikale bevegelsen
kalkulert. Det sirkulære tverrsnittet deles
opp i 4 rektangler som sammenlagt
estimerer det totale arealet av tverrsnittet.
Tverrsnittet i horisontalplan er ikke
relevante for løftekapasiteten.
Bachelor 2015
III
«Added mass» blir kalkulert etter formlene som er markert med grønt på figuren under:
(Undervannsteknologi Jens Christian Lindaas førstemanusis HSH Del 5 Vedlegg C side 6
18.3.2015)
Bachelor 2015
IV
Utgangspunkt for «added mass»:
 2 𝑎𝑟𝑒𝑎𝑙 𝑠𝑜𝑚 𝑒𝑟 700 ∙ 150 𝑚𝑚2
 2 𝑎𝑟𝑒𝑎𝑙 𝑠𝑜𝑚 𝑒𝑟 400 ∙ 150𝑚𝑚2
Tar utgangspunkt i 700 ∙ 150 Rektangelet:
𝐵 700 14
=
=
𝐴 150
3
Dette gir et forholdstall som ligger mellom 2,5 og 5. Bruker lineær interpolasjon for å
bestemme omtrentlig k faktor:
𝑘14 =
3
𝑘5 − 𝑘2,5 14
0,9 − 0,8 13
∙ ( − 2,5) + 𝑘2,5 =
∙
+ 0,8 ≈ 0,89
5 − 2,5
3
2,5
6
Dette gir «added mass»:
𝐴2
𝑚𝑎 = 𝜌 ∙ 𝑘 ∙ 𝜋 ∙
∙𝐵
4
𝑚𝑎1 = 2 ∙ (1025 ∙ 0,89 ∙ 𝜋 ∙
0,152
∙ 0,7) 𝑘𝑔 ≈ 22,6𝑘𝑔
4
Samme prosedyre for 400 ∙ 150 rektangelet.
Dette gir:
𝐵 400 8
=
= 𝑜𝑔 𝑘8 ≈ 0,81
𝐴 150 3
3
Som gir «added mass»:
𝑚𝑎2 ≈ 11,7𝑘𝑔
Total «added mass» tilnærmet lik:
𝑚𝑎 = 𝑚𝑎1 + 𝑚𝑎2 ≈ 34𝑘𝑔
Grunnet den lave akselerasjonen som oppstår når belteenhetene begynner å bevege
verktøyet, er ikke added mass relevant å beregne. Akselerasjonen til verktøyet ved start
antas å være lik null.
𝑎 ≈ 0𝑚/𝑠 2
Det gir:
Bachelor 2015
𝐹𝑎𝑑𝑑𝑒𝑑 𝑚𝑎𝑠𝑠 = 𝑚𝑎 ∙ 𝑎 = 34𝑘𝑔 ∙ 0𝑚/𝑠 2 = 0𝑁
V
Dragkrefter
Det ble bestemt at total påkjenning av hydrodynamiske krefter ikke skal overstige 1000N.
Totalt har belteenhetene tilgjengelig ca 1350N løftekraft, og for å sikre fremdrift selv ved
maksimale påkjenninger blir tillatte dragkrefter satt til 𝐹𝐷 = 1000𝑁
𝐷 = 0,7𝑚
𝑐𝑑 = 2,0
𝑑 = 0,4𝑚
𝜌𝑠𝑗ø𝑣𝑎𝑛𝑛 = 1025 𝑘𝑔/𝑚3
Finner arealet som trengs:
𝜋
𝐴 = ∙ (𝐷 2 − 𝑑 2 )
4
𝜋
𝐴 = ∙ (0,72 − 0,42 )𝑚2
4
𝐴 ≈ 0,26𝑚2
Bruker maksimalt tillatt dragkraft til å finne hastigheten
vannmassen i en bølge vil bevege seg ved maksimale
dragkrefter.
Bruker størst 𝑐𝐷 -faktor som finnes i figuren på side IV,
markert med rødt rektangel. Den høyeste faktoren velges siden hastigheten varierer etter
hvor man er langs bølgekurven, som illustrert i figuren under.
𝐹𝐷 =
1
∙ 𝜌 ∙ 𝑐𝑑 ∙ 𝐴 ∙ 𝑣 2
2
𝐹𝐷 ∙ 2
𝑣=√
𝜌 ∙ 𝑐𝑑 ∙ 𝐴
1000𝑁 ∙ 2
𝑣=√
≈ 1,94𝑚/𝑠
1025𝑘𝑔/𝑚3 ∙ 2 ∙ 0,26𝑚2
Bachelor 2015
VI
Ut fra utregnet hastighet finnes maksimalt tillatt bølgehøyde, hvor man antar at en
bølgeperiode varer 7 sekunder. Fra bølgetopp til bunnpunkt varer bevegelsen da 3,5
sekunder.
ℎ𝑀𝑎𝑘𝑠 = 𝑣 ∙ 𝑡𝑔𝑗𝑒𝑛𝑛𝑜𝑚𝑠𝑛𝑖𝑡𝑡 = 1,94𝑚/𝑠 ∙ 3,5𝑠 = 6,79𝑚
Siden den signifikante bølgehøyden er halvparten av maks bølgehøyde blir da tillatt
signifikant bølgehøyde:
ℎ𝑠𝑖𝑔𝑛𝑖𝑓𝑖𝑘𝑎𝑛𝑡 =
ℎ𝑚𝑎𝑘𝑠 6,79𝑚
=
≈ 3,4𝑚
2
2
Beregningene viser at verktøyet ikke kan brukes ved signifikant bølgehøyde over 3,4m, da
overskridelse av denne grensen vil skape «dragkrefter» som overgår løftekapasiteten til
belteenhetene. Ved signifikant bølgehøyde på 3,4m vil verktøyet fortsatt ha kraftoverskudd
nok til å sikre fremdrift.
Slike dragkrefter vil i all hovedsak bare oppstå i, og i nær tilknytning til plaskesonen. Dette
betyr at verktøyet kan brukes i plaskesonen under betingelse at bølgehøyden ikke skal være
høyere enn 3,4m signifikant.
Bachelor 2015
VII
Krefter og moment på belter, stempel, stag og lås
Låsemekanismen vil bli utsatt for en kraft, da den må holde igjen kreftene som alle fjærer i
belteopphenget genererer. Denne kraften beregnes for å kunne dimensjonere låsen, og for å
sette kriterier for ANSYS-beregninger.
Det ble tatt utgangspunkt i følgende fjærer, som er markert med rødt i bildet under.
Fjærene er festet på baksiden av belteenhetene på følgende måte som vist under.
Bachelor 2015
VIII
Når rammen lukkes vil fjærene trykkes sammen i en distanse x for at låsemekanismen skal gå
i låst posisjon. Det antas jevnt fordelt trykk, slik at alle fjærene trykkes sammen like mye.
Fjærene vil trykkes sammen med en distanse x=10mm når rammen plasseres rundt et 10’’
stigerør, og vil skape følgende kraftpåvirknig.
𝑅 = 61,68𝑁/𝑚𝑚
𝑥 = 10𝑚𝑚
Det er 4 fjærer pr. belteenhet, en kjent fjærkonstant 𝑅, og en kjent sammentrykkning med
lengde x, kan kraften som virker fra stigerør til rammekonstruksjon beregnes for hver enkelt
belteenhet.
𝐹𝑓𝑗æ𝑟 = 4𝑠𝑡𝑘 ∙ 𝑅 ∙ 𝑥 = 4𝑠𝑡𝑘 ∙ 61,68𝑁/𝑚𝑚 ∙ 10𝑚𝑚 ≈ 2470𝑁 ≈ 2,5𝑘𝑁
Dette gir følgende kraftbilde
Bachelor 2015
IX
Den absolutt største kraftpåkjenningen på låsen som kan forekomme er viss de hydrauliske
sylinderene blir fullt trykksatt til åpen stilling, uten at låsen er koblet fra på forhånd. Låsen
dimensjoneres etter de kreftene som kan forekomme dersom dette skjer.
Det tas utgangspunkt i hvor store krefter de hydraliske sylinderene kan generere med
maksimalt trykk, som beregnet under:
𝑝𝑀𝑎𝑥 = 210𝑏𝑎𝑟 = 21𝑁/𝑚𝑚2
𝐷 = 25𝑚𝑚
Det maksimale stempelarealet til hver enkelt sylinder er:
𝐴𝑆𝑦𝑙𝑖𝑛𝑑𝑒𝑟𝑚𝑎𝑥 = 𝜋 ∙
𝐷2
252
=𝜋∙
𝑚𝑚2 ≈ 490𝑚𝑚2
4
4
Maksimal kraft fra sylinder til ramme basert på det maksimale trykket sylinderen kan ta opp:
𝐹𝑠𝑦𝑙𝑖𝑛𝑑𝑒𝑟 = 𝑝𝑀𝑎𝑥 ∙ 𝐴𝑠𝑦𝑙𝑖𝑛𝑑𝑒𝑟 = 21𝑁/𝑚𝑚2 ∙ 490𝑚𝑚2 ≈ 10300𝑁
For totalt 2 sylindre i konstruksjonen gir dette:
𝐹𝑠𝑦𝑙𝑖𝑛𝑑𝑒𝑟 = 20600𝑁
Videre dekomponeres alle krefter i retning X og Y som blir vist i figuren på forrige side.
Nødvendige mål, og selve dekomponeringene er vist på figurene de to neste sidene, side XI
og XII.
Bachelor 2015
X
Bachelor 2015
XI
Kreftene i X- og Y- retning blir beregnet som følgende under:
Viser detaljert utregning for første beregning, resten av utregningene blir skrevet direkte
inn i tabellene på neste side.
𝐹2𝑥 = 𝐹𝐹𝑗æ𝑟 ∙ cos(42°) = 2500𝑁 ∙ cos(42°) ≈ 1860𝑁
𝐹2𝑦 = 𝐹𝐹𝑗æ𝑟 ∙ sin(42°) = 2500𝑁 ∙ sin(42°) ≈ 1670𝑁
Bachelor 2015
XII
X- krefter og lengder
𝑋 − 𝐾𝑟𝑒𝑓𝑡𝑒𝑟
𝐹2𝑥 = 1860𝑁
𝐹3𝑥 = 2360𝑁
𝐹4𝑥 = 350𝑁
𝐹⃗𝑙å𝑠𝑥 = 𝑋
Y- krefter og lengder
𝑌 − 𝐾𝑟𝑒𝑓𝑡𝑒𝑟
𝐹⃗𝑠𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑙 = 20600𝑁
𝐹⃗2𝑦 = 1670𝑁
𝐹⃗3𝑦 = 820𝑁
𝐹⃗4𝑦 = 2480𝑁
𝐹⃗𝑙å𝑠𝑦 = 𝑌
𝑋 − 𝑙𝑒𝑛𝑔𝑑𝑒𝑟
𝐿1 = 105𝑚𝑚 ≈ 0,11𝑚
𝐿2𝑥 = 245𝑚𝑚 ≈ 0,25𝑚
𝐿3𝑥 = 545𝑚𝑚 ≈ 0,55𝑚
𝐿4𝑥 = 355𝑚𝑚 ≈ 0,36𝑚
𝐿𝑙å𝑠𝑥 = 595𝑚𝑚 ≈ 0,60𝑚
𝑌 − 𝐿𝑒𝑛𝑔𝑑𝑒𝑟
𝐿2𝑦 = 115𝑚𝑚 ≈ 0,12𝑚
𝐿3𝑦 = 75𝑚𝑚 ≈ 0,08𝑚
𝐿4𝑦 = 155𝑚𝑚 ≈ 0,16𝑚
𝐿𝐿å𝑠𝑦 = 165𝑚𝑚 ≈ 0,17𝑚
Finner de tilhørlige momentene fra kreftene og lengdene ovenfor:
Viser detaljert for første beregning, mens resten blir skrevet direkte inn:
𝑀2𝑥 = 𝐹⃗2𝑥 ∙ 𝐿2𝑦 = 1860𝑁 ∙ 0,12𝑚 ≈ 224𝑁𝑚
𝑀2𝑦 = 𝐹⃗2𝑦 ∙ 𝐿2𝑥 = 1670𝑁 ∙ 0,25𝑚 ≈ 418𝑁𝑚
𝑀3𝑥
𝑀2𝑥 = 224𝑁𝑚
= 𝐹⃗3𝑥 ∙ 𝐿3𝑦 ≈ 190𝑁𝑚
𝑀4𝑥 = 𝐹⃗4𝑥 ∙ 𝐿4𝑦 = 56𝑁𝑚
Bachelor 2015
𝑀𝑠𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑙 = 𝐹⃗𝑠𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑙 ∙ 𝐿1 ≈ 2270𝑁𝑚
𝑀2𝑦 = 418𝑁𝑚
𝑀3𝑦 = 𝐹⃗3𝑦 ∙ 𝐿3𝑥 = 451𝑁𝑚
𝑀4𝑦 = 𝐹⃗4𝑦 ∙ 𝐿4𝑥 ≈ 893𝑁𝑚
XIII
Alle momenter settes sammen for å kunne bestemme kraften som virker på låsen.
For å finne resultantkraften som virker på låsen, må armen mellom resultantkraft og
gjennomgående bolt finnes.
Først finner man lengden av denne armen mellom resultantkraft og bolt:
𝐿𝑅𝑒𝑠,𝐿å𝑠 = √𝐿2𝐿å𝑠,𝑥 + 𝐿2𝐿å𝑠,𝑦 = √0,62 + 0,172 𝑚 ≈ 0,62𝑚
Summen av alle momenter om den gjennomgående bolten settes lik null
∑ 𝑀𝑍 = 0 →
𝐹⃗𝑅𝑒𝑠,𝐿å𝑠 ∙ 𝐿𝑅𝑒𝑠,𝐿å𝑠 + 𝑀𝑠𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑙 + 𝑀2𝑥 + 𝑀2𝑦 − 𝑀3𝑥 + 𝑀3𝑦 − 𝑀4𝑥 − 𝑀4𝑦
𝐹⃗𝑅𝑒𝑠,𝐿å𝑠 =
𝐹⃗𝑅𝑒𝑠,𝐿å𝑠 =
𝑀3𝑥 + 𝑀4𝑥 + 𝑀4𝑦 − 𝑀𝑠𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑙 − 𝑀2𝑥 − 𝑀2𝑦 − 𝑀3𝑥
𝐿𝑅𝑒𝑠,𝐿å𝑠
190𝑁𝑚 + 56𝑁𝑚 + 893𝑁𝑚 − 2270𝑁𝑚 − 224𝑁𝑚 − 418𝑁𝑚 − 190𝑁𝑚
0,62𝑁𝑚
Bachelor 2015
XIV
Resultantkraften som virker på låsemekanismen blir:
𝐹⃗𝑅𝑒𝑠,𝐿å𝑠 ≈ −3170𝑁
Svaret tilsier at kraften går omvendt i forhold til hvordan den er illustrert på figuren over.
Videre dekomponeres resultantkraften til X- og Y- komponenter for å kunne sette opp
likevektsligninger for X- og Y- krefter. Slik kan man bestemme kreftene som virker på den
gjennomgående bolten.
Ut ifra figuren over ser man at vinkelen 𝛼 = 𝜃, på grunn av at:
𝐹⃗𝑅𝑒𝑠,𝐿å𝑠 𝑜𝑔 𝐿𝑅𝑒𝑠,𝐿å𝑠 Vektorene står vinkelrett på hverandre.
𝐹⃗𝐿å𝑠,𝑦 𝑜𝑔 𝐿𝐿å𝑠,𝑋 Vektorene står vinkelrett på hverandre.
Vet følgende:
𝐿𝐿å𝑠,𝑋 = 0,6𝑚
Finner vinkel 𝜃:
𝜃 = 𝛼 = tan−1 (
Bachelor 2015
𝐿𝐿å𝑠,𝑌 = 0,17𝑚
𝐿𝐿å𝑠,𝑌
0,17𝑚
) = tan−1 (
) ≈ 16°
𝐿𝐿å𝑠,𝑋
0,6𝑚
XV
Beregner låsekraftkomponentene:
𝐹⃗𝐿å𝑠,𝑋 = 𝐹⃗𝑅𝑒𝑠,𝐿å𝑠 ∙ sin(𝛼 ) = 3170𝑁 ∙ sin(16°) ≈ 875𝑁
𝐹⃗𝐿å𝑠,𝑌 = 𝐹⃗𝑅𝑒𝑠,𝐿å𝑠 ∙ cos(𝛼 ) = 3170𝑁 ∙ cos(16°) ≈ 3047𝑁
Kraftbalansen i X- og Y-retning:
X- retning:
∑ 𝐹⃗𝑥 = 0 → 𝐹⃗𝐵𝑜𝑙𝑡,𝑋 + 𝐹⃗𝐿å𝑠,𝑋 + 𝐹⃗4𝑥 + 𝐹⃗2𝑥 − 𝐹⃗3𝑥 = 0
𝐹⃗𝐵𝑜𝑙𝑡,𝑋 = 𝐹⃗3𝑥 − 𝐹⃗𝑙å𝑠,𝑋 − 𝐹⃗2𝑥 − 𝐹⃗4𝑥 = 2360𝑁 − 875𝑁 − 1860𝑁 − 360𝑁 = −735𝑁
Beregningen viser at den går i omvendt retning av positiv X retning i koordinatsystemet til
figuren på side XI og XII.
Y- retning
∑ 𝐹⃗𝑦 = 0 → 𝐹⃗𝐵𝑜𝑙𝑡,𝑌 + 𝐹⃗𝑆𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑙 + 𝐹⃗2𝑦 + 𝐹⃗3𝑦 − 𝐹⃗𝐿å𝑠,𝑌 − 𝐹⃗4𝑦 = 0
𝐹⃗𝐵𝑜𝑙𝑡,𝑌
𝐹⃗𝐵𝑜𝑙𝑡,𝑌 = 𝐹⃗𝐿å𝑠,𝑌 + 𝐹⃗4𝑦 − 𝐹⃗𝑠𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑙 − 𝐹⃗2𝑦 − 𝐹⃗3𝑦
= 3047𝑁 + 2480𝑁 − 20600𝑁 − 1670𝑁 − 820𝑁 ≈ −17600𝑁
Beregningen viser at den går i omvendt retning av positiv Y retning i koordinatsystemet
laget på figuren på side XI og XII.
Finner resultantkraften på den gjennomgående bolten:
𝐹⃗𝑅𝑒𝑠,𝐵𝑜𝑙𝑡 = √7352 + 176002 𝑁 ≈ 17615𝑁
Bachelor 2015
XVI
Hydraulisk motor til børster
Børstene blir drevet av hydrauliske motorer. LateraL oppgir kun teknisk data til
potensielle kunder, og slangedimensjoner ble derfor ikke spesifisert med dokumenter. Ut
fra tegninger med noen kjente mål, ble det oppmålt at diameter på slanger var ca 30mm.
Data fra “FlexiClean” viser at maksimal volumstrøm som kan tilføres børstene er 60
L/min.
Tilgjengelig volumstrøm fra ROV ble oppgitt av Åge Holsbrekken, Kystdesign AS, utdrag fra
mail under:
«Ang. Hydraulisk interface: Her er det 4 ventiler á 75 l/min… dvs du kan koble til 4 ulike
hydrauliske funksjoner men kun en kan kjøre full effekt om gangen».{18}
Det blir påført en volumstrøm pr. børste på:
𝑄̇ =
75𝑙/𝑚𝑖𝑛
= 18,75𝑙/𝑚𝑖𝑛
4
Arbeidstrykket til verktøyets hydrauliske komponenter er begrenset til 220 Bar, som er
det maksimale arbeidstrykket ROV kan levere.
Det er tatt utgangspunkt i hydrauliske slanger av typen:
- Hydraulikk slange 5528,2 lag eternity/2SC fra TESS, etter gitte spesifikasjoner over
(diameter og arb.trykk). {19}
𝐷 = 35,9𝑚𝑚
𝑑 = 25𝑚𝑚
Finner volumstrømmen i kubikkmeter pr. sekund:
𝑄̇ = 18,75 𝑙/𝑚𝑖𝑛 =
{18}
{19}
18,75 ∙ 10−3 3
𝑚 /𝑠 ≈ 3,13 ∙ 10−4 𝑚3 /𝑠
60
Åge Holsbrekken kystdesign AS
http://www.industrinett.no/wsp/tess/frontend.cgi?template=node&nodeid=24250
Bachelor 2015
XVII
Finner indre tverrsnittsareal av slangen:
𝐴𝑠𝑙𝑎𝑛𝑔𝑒 = 𝜋 ∙
𝑑 2 𝜋 ∙ 0,0252 2
=
𝑚 ≈ 4,91 ∙ 10−4 𝑚2
4
4
Finner strømningshastigheten:
𝑣⃗,=
𝑄̇
𝐴𝑠𝑙𝑎𝑛𝑔𝑒
=(
3,13 ∙ 10−4
) 𝑚/𝑠 ≈ 0,64𝑚/𝑠
4,91 ∙ 10−4
Kartlegger hvilken strømningstype man har i røret. Tar utgangspunkt i følgende hydraulisk
væske{20}
Oceanic HW510 gir følgende parametere:
𝑆𝐺15,6℃ = 1,02
𝛾40℃ = 1 𝑐𝑆𝑡
Finner tettheten til Oceanic HW510 med formel for «Spesific Gravity»
𝑆𝐺 =
𝜌𝐻𝑦𝑑𝑟𝑎𝑢𝑙𝑖𝑘𝑘𝑣æ𝑠𝑘𝑒
𝜌𝐻2 𝑂,4℃
𝜌𝐻𝑦𝑑𝑟𝑎𝑢𝑙𝑖𝑘𝑘𝑣æ𝑠𝑘𝑒 = 𝑆𝐺 ∙ 𝜌𝐻2 𝑂,4℃
𝜌𝐻𝑦𝑑𝑟𝑎𝑢𝑙𝑖𝑘𝑘𝑣æ𝑠𝑘𝑒 = 1,02 ∙ 1000𝑘𝑔/𝑚3 = 1020𝑘𝑔/𝑚3
Kinematisk viskositet omregnes fra cSt til SI enheter:
1 𝑐𝑆𝑡 = 10−6 𝑚2 /𝑠
Kinematisk viskositet i SI enheter blir:
𝛾𝑆𝐼 = 10−6 𝑚2 /𝑠
{20}
http://offshore.macdermid.com/documents/resources/BRITMacDermid_Oceanic_HW500_Series_issue_10_A4.pdf
Bachelor 2015
XVIII
Finner Reynoldstallet for å kartlegge hvilken strømningstype som er tilstede:
𝑅𝑒 =
𝑣⃗ ∙ 𝑑 0,64𝑚/𝑠 ∙ 0,025𝑚
=
≈ 16000 ≫ 2300 → 𝑇𝑢𝑟𝑏𝑢𝑙𝑒𝑛𝑡 𝑠𝑡𝑟ø𝑚𝑛𝑖𝑛𝑔
𝛾
10−6 𝑚2 /𝑠
Friksjonsfaktoren blir da:
𝜆=
0.316
0.316
=
≈ 0,028
𝑅𝑒 0,25 (16000)0,25
Finner trykktapet over en rørlengde på 12 meter:
2
𝑙
𝑣𝑚
∆𝑝𝑡𝑎𝑝 = 𝜆 ∙ ( ) ∙ 𝜌 ∙
𝑑
2
∆𝑝𝑡𝑎𝑝 = (0,028 ∙
12𝑚
0,642 𝑚2 /𝑠 2
∙ 1020𝑘𝑔/𝑚3 ∙
) ≈ 2910𝑁/𝑚2 ≈ 0,03𝑏𝑎𝑟
0,025𝑚
2
Ser dermed bort fra trykktapet i slangene.
Fortrengingsvolumet til motoren er oppgitt fra leverandør til å være 0,95𝑖𝑛3 :
Omregner til kubikkmeter{21}
𝑉𝑀(𝑚3/𝑟𝑎𝑑) =
𝑉𝑀(𝑖𝑛3)
61024
=
0,95
𝑚3 /𝑟𝑎𝑑 ≈ 1,56 ∙ 10−5 𝑚3 /𝑟𝑎𝑑
61024
Volumetrisk virkningsgrad trengs for å finne vinkelhastigheten til motoren. Det blir antatt
at den volumetriske virkningsgraden er lik 0,9, grunnet manglende data fra leverandør.
Dette gir da en vinkelhastighet lik:
𝜔𝑀 =
{21}
𝑄̇𝑀 ∙ 𝜂𝑀𝑉 3,13 ∙ 10−4 ∙ 0,9
=
𝑟𝑎𝑑/𝑠 ≈ 18 𝑟𝑎𝑑/𝑠
𝑉𝑀
1,56 ∙ 10−5
http://www.metric-conversions.org/volume/cubic-inches-to-cubic-meters.htm
Bachelor 2015
XIX
Vinkelhastighet gir at børstene vil rotere i RPM («Rotation per minute»):
𝜔𝑀 𝑅𝑃𝑀 =
𝜔𝑀 ∙ 60 18 ∙ 60
=
𝑅𝑃𝑀 ≈ 172𝑅𝑃𝑀
2𝜋
2𝜋
Effektforbruket pr. motor:
𝑝𝑅𝑂𝑉 = 220𝑏𝑎𝑟 = 220 ∙ 105 𝑁/𝑚2
Siden trykktapet i slangene er svært lavt, kan man ta utgangspunkt i at trykket er uendret
fra ROV, slik at effekten blir:
𝑃 = 𝑝𝑅𝑂𝑉 ∙ 𝑄̇𝑀 = 220 ∙ 105 𝑁/𝑚2 ∙ 3,13 ∙ 10−4 𝑚3 /𝑠 = 6886𝑊 ≈ 7𝑘𝑊
Det er noe usikkert om rotasjonshastigheten er høy nok til å slå av begroingen effektivt.
Dette er noe som må undersøkes nærmere ved evt. eksperimentering med forskjellige
rotasjonshatigheter på børsten.
Bachelor 2015
XX
Låseplate
Låseplaten på Rammedel 2 skal sveises fast (se Vedlegg C: 2D tegninger, Figur 2)
Det tas utgangspunkt i at 1 av låseplatene skal kunne ta opp all kraft som oppstår.
Platen er 5 mm tykk
A-mål kan ikke være mindre enn 3 mm men heller ikke større enn 70% av den minste
platens tykkelse.
3𝑚𝑚
∙ 100% = 60%
5𝑚𝑚
Det blir valgt et a-mål på 3 mm utifra disse betraktningene. (se tabell nederst på siden)
Platene blir sammenføyd med en kilsveis som går parallelt med kraften på begge sider av
låseplaten som vist på figuren under
Dette gir jevnføringsspenning (Se formel 26 formelark):
𝐹
𝜎𝐽𝑓𝑟 = √3 ∙
𝑎∙𝐿
Det antas at endekrater oppstår.
𝑎 = 3𝑚𝑚
𝐹 = 2500𝑁
𝜎𝐽𝑓𝑟 = √3 ∙
Bachelor 2015
𝑙 = 55𝑚𝑚
𝐿 = 2 ∙ (𝑙 − 2 ∙ 𝑎)
𝐹
2500𝑁
= √3 ∙
≈ 15𝑁/𝑚𝑚2
𝑎 ∙ 2 ∙ (𝑙 − 2𝑎)
3 ∙ 2 ∙ (55 − 2 ∙ 3)𝑚𝑚2
XXI
Videre sammenlignes dette mot tillatt spenning i materialet hvor man har brukt
materialet EN-AW 5052
𝛾𝑠𝑓 = 5
𝑅𝑒 = 130 𝑁/𝑚𝑚2
𝜎𝑡𝑖𝑙𝑙𝑎𝑡𝑡 ≥ 1,2 ∙ 𝜎𝐽𝑓𝑟
𝑅𝑒
≥ 1,2 ∙ 15𝑁/𝑚𝑚2
𝛾𝑠𝑓
130𝑁/𝑚𝑚2
≥ 18 𝑁/𝑚𝑚2
5
Her får man at
26 𝑁/𝑚𝑚2 > 18 𝑁/𝑚𝑚2
Sveisen er innenfor sikerhetsmarginen.
Bachelor 2015
XXII
Løfteører
Beregninger for evt. løfteører
Verktøyet har en følgende vekt i luft:
𝐹𝑡𝑜𝑡 = 𝐹𝑅𝑎𝑚𝑚𝑒 + 𝐹𝐿𝑎𝑡𝑒𝑟𝑎𝐿 + 𝐹𝑀𝑖𝑛𝑖𝑡𝑟𝑎𝑐𝑘 + 𝐹𝑓𝑙𝑦𝑡𝑒𝑒𝑙𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡
Først finner man vekten av rammen i luft:
𝑉𝑟𝑎𝑚𝑚𝑒 ≈ 0,011𝑚3 (𝑆𝑒 𝑘𝑎𝑝𝑖𝑡𝑡𝑒𝑙 5.10)
𝜌𝑎𝑙 = 2,7 ∙ 103 𝑘𝑔/𝑚3
𝐹𝑅𝑎𝑚𝑚𝑒 = 𝜌𝑎𝑙 ∙ 𝑉𝑅𝑎𝑚𝑚𝑒 ∙ 𝑔 = 2,7 ∙ 103 𝑘𝑔/𝑚3 ∙ 0,011𝑚3 ∙ 10𝑚/𝑠 2 ≈ 300𝑁
Vekt av LateraL FlexiClean:
𝑚𝐿𝑎𝑡𝑒𝑟𝑎𝐿 = 15𝑘𝑔
𝐹𝐿𝑎𝑡𝑒𝑟𝑎𝐿 = 4𝑠𝑡𝑘 ∙ 𝑚𝐿𝑎𝑡𝑒𝑟𝑎𝐿 ∙ 𝑔 = 4𝑠𝑡𝑘 ∙ 15𝑘𝑔 ∙ 10𝑚/𝑠 2 = 600𝑁
Vekt av Minitracksene:
𝑚𝑀𝑖𝑛𝑖𝑡𝑟𝑎𝑐𝑘 = 6𝑘𝑔
𝐹𝑚𝑖𝑛𝑖𝑡𝑟𝑎𝑐𝑘 = 3𝑠𝑡𝑘 ∙ 𝑚𝑀𝑖𝑛𝑖𝑡𝑟𝑎𝑐𝑘 ∙ 𝑔 = 3𝑠𝑡𝑘 ∙ 6𝑘𝑔 ∙ 10𝑚/𝑠 2 = 180𝑁
Vekt av oppdriftselement når en vet følgende:
𝑉𝑓𝑙𝑦𝑡𝑒𝑒𝑙𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡 = 0,08𝑚3 (𝑆𝑒 𝑘𝑎𝑝𝑖𝑡𝑡𝑒𝑙 5.10)
𝜌𝑓𝑙𝑦𝑡𝑒𝑒𝑙𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡 = 0,1 ∙ 103 𝑘𝑔/𝑚3
𝐹𝑓𝑙𝑦𝑡𝑒𝑒𝑙𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡 = 𝜌𝑓𝑙𝑦𝑡𝑒𝑒𝑙𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡 ∙ 𝑉𝑓𝑙𝑦𝑡𝑒𝑒𝑙𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡 ∙ 𝑔 = 0,08𝑚3 ∙ 0,1 ∙ 103 𝑘𝑔/𝑚3 ∙ 10𝑚/𝑠 2
𝐹𝑓𝑙𝑦𝑡𝑒𝑒𝑙𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡 = 80𝑁
Dette gir følgende vekt i luft:
𝐹𝑡𝑜𝑡 = 𝐹𝑅𝑎𝑚𝑚𝑒 + 𝐹𝐿𝑎𝑡𝑒𝑟𝑎𝐿 + 𝐹𝑀𝑖𝑛𝑖𝑡𝑟𝑎𝑐𝑘 + 𝐹𝑓𝑙𝑦𝑡𝑒𝑒𝑙𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡
𝐹𝑡𝑜𝑡 = (300 + 600 + 180 + 80)𝑁 = 1160𝑁
Bachelor 2015
XXIII
Om det er ønskelig å montere løfteører er dette tatt hensyn til i designet. Dette kan være
ønskelig med tanke på at det vil danne enklere og sikrere løft.
Det er kalkulert at 4stk løfteører kan plasseres normalt på den øvre ytterringen på
rammen. Det tas utgangpunkt i at 1 løfteøre kan bære konstruksjonens vekt i luft.
Ser på spenning i det svakeste punktet vist på figuren under:
𝐹 = 𝐹𝑡𝑜𝑡 = 1160𝑁
ℎ = 100𝑚𝑚
𝑟 = 50𝑚𝑚
𝑡 = 5𝑚𝑚
𝑑 = 50𝑚𝑚
𝐿 = 70𝑚𝑚
Hvert løfteøre er en plate med tverrsnitts-mål: 5 × 100𝑚𝑚
Diameteren til hullet er 50mm for å sørge for godt med plass for evt.
løftekroker/stropper.
Det vil oppstå skjærspenninger og moment som vil være størst hvor løfteøret er festet til
rammen
𝐹 𝑀
𝜏= +
𝐴 𝑊
Finner arealet i det svakeste punktet (snitt A):
𝑑
50
𝐴 = 2 ∙ (𝑟 − ) ∙ 𝑡 = 2 ∙ (50 − ) ∙ 5𝑚𝑚2 = 250𝑚𝑚2
2
2
Finner momentet:
𝑀 = 𝐹 ∙ 𝐿 = 1160𝑁 ∙ 70𝑚𝑚 = 81200𝑁𝑚𝑚
Så motstandsmomentet til et rektangulært tverrsnitt:
𝑊=
Bachelor 2015
𝑡 ∙ ℎ2 5 ∙ 1002
25000
=
𝑚𝑚3 =
𝑚𝑚3
6
6
3
XXIV
Finner så maks skjærspenningene i materialet:
𝜏=
𝐹 𝑀
1160𝑁
81200𝑁𝑚𝑚
+ =
+
≈ 14,4𝑁/𝑚𝑚2
𝐴 𝑊 250𝑚𝑚2 (25000) 𝑚𝑚3
3
Som gir at jevnføringsspenningen blir:
𝜎𝐽𝑓𝑟 = √3 ∙ 𝜏 = √3 ∙ 14,4𝑁/𝑚𝑚2 ≈ 25𝑁/𝑚𝑚2
Videre sammenlignes dette mot tillatt spenning i materialet hvor man har brukt
materialet EN-AW 5052
𝛾𝑠𝑓 = 5
𝑅𝑒 = 130 𝑁/𝑚𝑚2
𝜎𝑡𝑖𝑙𝑙𝑎𝑡𝑡 ≥ 𝜎𝐽𝑓𝑟
𝜎𝑡𝑖𝑙𝑙 =
𝑅𝑒
130𝑁/𝑚𝑚2
=
= 26 𝑁/𝑚𝑚2
𝛾𝑠𝑓
5
26𝑁/𝑚𝑚2 > 25𝑁/𝑚𝑚2
Spenningene i platen er akkurat innenfor sikkerhetsmarginenen.
Løfteørene skal sveises til rammen med 2 kilsveiser loddrett nedover.
Siden platen er 5 mm tykk velgs a-mål på 3 mm (se begrunnelse på sveis av låseplate){22}
Her antas det også endekrater
𝐹 = 1160𝑁
ℎ = 100𝑚𝑚
𝑎 = 3𝑚𝑚
𝐿 = (ℎ − 2 ∙ 𝑎)
Skjærspenning som oppstår langs av sveisen
𝜎𝐽𝑓𝑟
{22}
𝐹
𝜎𝐽𝑓𝑟 = √3 ∙ 𝜏𝑙𝑙 = √3 ∙
2∙𝑎∙𝐿
1160𝑁
= √3 ∙
≈ 3,6𝑁/𝑚𝑚2
2 ∙ 3 ∙ (100 − 2 ∙ 3)𝑚𝑚2
A-mål kan minst være 3mm og maksimalt være 70% av den minste platens tykkelse, samt må minst
være 7 ganger a mål i lengde
Bachelor 2015
XXV
Videre har man at sveisen ikke skal være det svakeste ledd i konstruksjonen
Spenningene i sveisen sammenlignes opp mot spenningene i materialet.
𝜎𝐽𝑓𝑟(𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙) ≥ 𝜎𝑗𝑓𝑟(𝑠𝑣𝑒𝑖𝑠)
25𝑁/𝑚𝑚2 > 3,6𝑁/𝑚𝑚2
Materialet vil dermed gi etter før sveisen.
Bachelor 2015
XXVI
Skruer
Lokkene på rammen er festet med M8 skruer.
Det ble bestemt at man skulle bruke lokk på toppen av konstruksjonen, da dette fører til
en sikkerhet for komponenter mot smuss, samt er det lett å komme til dersom man skal
skifte/fikse komponentene. Det er beregnet at skruene som holder platene fast til
rammen skal tåle rammens egenvekt i luft.
Man tar utgangspunkt i ramme 1 siden det er færrest skruer der (8 stk.).
Figuren tar for seg hvordan kraften vil virke på lokket, og hvor skruene befinner seg.
𝐹 = 1160𝑁
𝑑 = 8𝑚𝑚
Finner først arealet av 1 skrue:
𝐴=𝜋∙
𝑑2
82
= 𝜋 ∙ 𝑚𝑚2 ≈ 50𝑚𝑚2
4
4
Skjærspenningene fordelt på de 8 skruene blir da:
𝐹
1160𝑁
𝜏=
=
∙= 2,9 𝑁/𝑚𝑚2
8 ∙ 𝐴 8 ∙ 50𝑚𝑚2
Videre finner man jevnføringspenningen.
𝜎𝐽𝑓𝑟 = √3 ∙ 𝜏 = √3 ∙ 2,9 ≈ 5𝑁/𝑚𝑚2
Siden spenningene her blir så lave, er det fritt valg for hvilken fasthetsklasse som skal
brukes på skruene.
Bachelor 2015
XXVII
Formelark
(1) Vekt i vann (Undervannsteknologi del 5 Vedlegg C s.3)
𝑊 = 𝑚∙𝑔−𝜌∙𝑉∙𝑔
(2) Tillatt spenning (Mekanisk konstruksjon og teknisk design s.111)
𝜎𝑡𝑖𝑙𝑙 =
𝑅𝑒
𝛾𝑠𝑓
(3) Tverrsnitts areal sirkel
𝑑2
𝐴=𝜋∙
4
(4) Skjærspenning
𝐹
𝐴
(5) Jevnføringsspenning mhp. bare skjærkrefter
𝜏=
𝜎𝐽𝑓 = √3 ∙ 𝜏
(6) Lineær interpolasjon
𝑦=
𝑦2 − 𝑦1
(𝑥 − 𝑥1 ) + 𝑦1
𝑥2 − 𝑥1
(7) Added mass (Undervannsteknologi del 5 Vedlegg C s.6)
𝐴′ 2
𝑚𝑎 = 𝜌 ∙ 𝑘 ∙ 𝜋 ∙
∙ 𝐵′
4
(8) Kraft
𝐹 =𝑚∙𝑎
(9) Tverrsnittsareal ring
𝐴=
(10)
𝜋
∙ (𝐷 2 − 𝑑 2 )
4
Dragkraft (Undervannsteknologi del 5 Vedlegg C s.5)
𝐹𝐷 =
(11)
1
∙ 𝜌 ∙ 𝑐𝐷 ∙ 𝐴𝑝 ∙ 𝑣⃗ 2
2
Maks bølgehøyde
ℎ𝑚𝑎𝑘𝑠 = 𝑣⃗ ∙ 𝑡𝑔𝑗
Bachelor 2015
XXVIII
(12)
Fjærstivhet
𝐹𝑓 = 𝑅 ∙ 𝑥
(13)
Kraft med hensyn på trykk
𝐹 =𝑝∙𝐴
(14)
Første og andre akse kraftkomponenter
𝐹𝑥 = 𝐹𝑅 ∙ cos(𝛼 ) , 𝐹𝑦 = 𝐹𝑅 ∙ sin(𝛼)
(15)
Moment
𝑀=𝐹∙𝐿
(16)
Resultant
𝑅 = √𝑥 2 + 𝑦 2
(17)
Momentlikning
∑ 𝑀𝑧 = 0
(18)
Kraftlikning første og andre akse
∑ 𝐹𝑥 = 0 , ∑ 𝐹𝑦 = 0
(19) Kontinuitetslikning med hensyn på hastighet(Innføring
oljehydraulikk s.54)
𝑄̇
𝑣⃗ =
𝐴
(20) Spesific gravity.
𝑆𝐺 =
Bachelor 2015
𝜌𝑣æ𝑠𝑘𝑒
𝜌𝐻2 𝑂,4℃
XXIX
(21)
Reynoldstall (Innføring oljehydraulikk s.60)
𝑅𝑒 =
𝑣⃗ ∙ 𝑑
𝛾
(22) Friksjonskoeffisient turbulent strømning (Innføring oljehydraulikk
s.63)
𝜆=
(23)
0.316
𝑅𝑒 0,25
Trykktap i rett rør/slange (Innføring oljehydraulikk s.62)
∆𝑝𝑡𝑎𝑝
2
𝑙
𝑣𝑚
= 𝜆∙( )∙𝜌∙
𝑑
2
(24) Volumetrisk virkningsgrad med hensyn på (Innføring oljehydraulikk
s.94)
𝑄̇𝑀 ∙ 𝜂𝑀𝑉
𝜔𝑀 =
𝑉𝑀
(25) Hydraulisk effekt (Innføring oljehydraulikk s.60)
𝑃∗ = 𝑝 ∙ 𝑄̇𝑀
(26) Jevnføringsspenning kilsveis belastet i lengderetning (Mekanisk
konstruksjon og teknisk design s116)
𝜎𝐽𝑓𝑟 = √3 ∙
(27)
𝐹
𝑎∙𝐿
Sammenligning tillattspenning jevnføringsspenning i sveis:
𝜎𝑡𝑖𝑙𝑙 ≥ 1,2 ∙ 𝜎𝐽𝑓
(28)
Vekt i luft
𝐹 = 𝑚 ∙ 𝑔, 𝐹 = 𝜌 ∙ 𝑉 ∙ 𝑔
(29)
Skjærspenning med moment
𝜏=
Bachelor 2015
𝐹 𝑀
+
𝐴 𝑊
XXX
Vedlegg B: Stykkliste
Delnummer
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Antall
1
1
1
2
3
4
4
1
1
1
2
20
20
Bachelor 2015
Komponent
Rammedel 1
Rammedel 2
Gjennomgående bolt
Åpne-/lukkesylinder
Minitracks
Hydrauliske motorer
LateraL børstehode
Rammedel 1 lokk
Rammedel 2 lokk
Låsearm
Fjærer til låsearm
M8x25
M8 låsemutter
Tegningsnummer
Figur 1
Figur 2
Figur 5
Ikke 2D tegning
Ikke 2D tegning
Ikke 2D tegning
Ikke 2D tegning
Figur 3
Figur 4
Figur 6
Ikke 2D tegning
Ikke 2D tegning
Ikke 2D tegning
Pos. nr
1
2
5
9
8
7
4
3
6
XXXI
Vedlegg C: 2D tegninger
Figur 1:
Bachelor 2015
Sammenstillingstegning
XXXII
Figur 2:
Bachelor 2015
Rammedel 1
XXXIII
Figur 3:
Bachelor 2015
Rammedel 2
XXXIV
Figur 4:
Bachelor 2015
Rammedel 1 lokk
XXXV
Figur 5:
Bachelor 2015
Rammedel 2 lokk
XXXVI
Figur 6:
Bachelor 2015
Gjennomgående stag
XXXVII
Figur 7:
Bachelor 2015
Låsearm
XXXVIII
Vedlegg D: E-poster
Mail angående pris for LateraL børster:
Hei Øyvind
Komplett Kit koster 90000 kroner, da følger også et sett med børster med .
Reserve børster koster 19000 kroner pr stk.
Regner med de allerede har fått datablad på utstyret.
Best regards
Håkon Ytreland
Inspection Engineer (onshore)
Mail angående pris for MiniTracks
14. april 2015 10:35
Hei Sigurd,
Etter diskusjoner i går med fabrikken, så har vi kommet frem til en budsjettpris på
150.000 eks mva per belteenhet.
Disse er trykkompenserte aluminiums belter, 3000 meter dybderating, med
microcontrollere for PC-styring.
Med Vennlig Hilsen / Best regards,
Bård Arve Valstad
Produktleder inspeksjon/subsea
Siv. Ing. / M. Sc.
PSO AS
Oddahagen 36
4031 Stavanger
Norway
Mail: [email protected]
Telephone: +47 51 73 11 00
Mobile: +47 99 43 06 08
www.pso.no
Bachelor 2015
XXXIX
Mail angående pris på oppdriftselementer
Mailsamtale videresendt av Anders Sandvik angående pris på oppdriftselementer
From: Vidar Aasgård [mailto:[email protected]]
Sent: 14. oktober 2014 09:19
To: Magnus Aarbakke
Cc: Øyvind Vikse; Anders Sandvik; Morten Nesheim
Subject: SV: Oppdrifts plater
Hei Magnus,
H100 er det materialet som jeg vil anbefale deg til å bruke her.
Det har en egenvekt på 100kg/m3
Det kan ligge på 60MSW i inntil 6 måneder og på 55MSW i inntil 5 år.
Vi har dette liggende på lager.
Pris pr m2 Nok. 889,- eks mva
Prisen er exw Radøyvegen 387.
Ut fra oppsettet ditt vil du trenge ca 10 plater. Plateformatet er 2160mm x 1070mm x
50mm
Vi har ikke vannskjæring men pleier konfeksjonere dette i 5 aksa fresen vår. Dette kan vi
utføre for dere om der er ledig kapasitet. Pr nå er den fullbooket en god stund frem over,
men jeg kjenner ikke til når dere eventuelt ønsker dette utført.
Hører fra deg.
Best Regards
Vidar V. Aasgård
Sales/Project Manager
Tlf dir: +47 95 20 82 92
www.mundal.no
Bachelor 2015
XL
Mail angående priser på materiale for bygging av verktøy
Hei Sigurd
2 pl
1 lgd
Al pl 5052/5754-H32 3x1000x2000mm kr. 975,-/pl
Høyleg bolt 20mm 254SMO/6MO
kr. 3.705,-/lgd
Sertifikat
kr. 110,-/ordre
Prisene er oppgitt netto eks. mva.
Emballasje og frakt kommer i tillegg på hver forsendelse.
Lagervare i Oslo. Forbehold om mellomsalg.
Levering forutsetter at ditt firma har kundekonto hos oss.
Ta gjerne kontakt om noe er uklart.
Med vennlig hilsen
ASTRUP AS
Bente Lura
Markedskonsulent
Mobil: +47 93 20 61 27 - Sentralbord: +47 22 79 15 00 - E-post: [email protected] www.astrup.no
Haavard Martinsensvei 34, N-0978 Oslo - Postboks 8 Haugenstua, N-0915 Oslo
FREMTIDENS INDUSTRIPARTNER
Bachelor 2015
XLI
Mail angående priser for hydrauliske sylindere
Bachelor 2015
XLII
Vedlegg E: Stigerørkonfigurasjon
Bachelor 2015
XLIII
Vedlegg F: Datasheet ROV
Bachelor 2015
XLIV
Bachelor 2015
XLV
Vedlegg G: Minitrac
Bachelor 2015
XLVI
Vedlegg H: LateraL FlexiClean
Bachelor 2015
XLVII
Bachelor 2015
XLVIII
Bachelor 2015
XLIX
Bachelor 2015
L
Vedlegg I: Åpne-/lukkesylinder
Bachelor 2015
LI
Bachelor 2015
LII
Vedlegg J: Marine Cleaning Tool
Bachelor 2015
LIII
Vedlegg K: LateraL FlexiTRIC
Bachelor 2015
LIV
Vedlegg L: Mooring Line Cleaning Tool
Bachelor 2015
LV
Vedlegg M: Splashzone Riser Inspection Tool
Bachelor 2015
LVI
Vedlegg N: Versatrax MicroClimber System
Bachelor 2015
LVII
Vedlegg O: ANSYS-rapport rammedel 1
Project
First Saved Tuesday, March 31, 2015
Last Saved Monday, April 06, 2015
Product Version
15.0 Release
Save Project Before Solution
No
Save Project After Solution
No
Bachelor 2015
LVIII
Contents

Units

Model (B4)
o Geometry
 Ramme1.ipt
o Coordinate Systems
o Mesh
o Named Selections
o Static Structural (B5)
 Analysis Settings
 Loads
 Solution (B6)
 Solution Information
 Results

Material Data
o Aluminum Alloy
Units
TABLE 1
Unit System Metric (mm, t, N, s, mV, mA) Degrees rad/s Celsius
Angle
Degrees
Rotational Velocity
rad/s
Temperature
Celsius
Model (B4)
Geometry
Object Name
State
Source
Type
Length Unit
Element Control
Display Style
Length X
Length Y
Length Z
Volume
Mass
Scale Factor Value
Bachelor 2015
TABLE 2
Model (B4) > Geometry
Geometry
Fully Defined
Definition
H:\Application Data\Bachelor dokument\Ny ramme +
moms\Ramme1.ipt
Inventor
Centimeters
Program Controlled
Body Color
Bounding Box
353, mm
671,1 mm
680, mm
Properties
3,7322e+006 mm³
1,0338e-002 t
1,
Statistics
LIX
Bodies
Active Bodies
Nodes
Elements
Mesh Metric
1
1
23727
11309
None
Basic Geometry Options
Solid Bodies
Surface Bodies
Line Bodies
Parameters
Parameter Key
Attributes
Named Selections
Material Properties
Yes
Yes
No
Yes
DS
No
No
No
Advanced Geometry Options
Use Associativity
Yes
Coordinate Systems
No
Reader Mode Saves Updated
No
File
Use Instances
Yes
Smart CAD Update
No
Compare Parts On Update
No
Attach File Via Temp File
Yes
Temporary Directory
C:\Users\131573\AppData\Local\Temp
Analysis Type
3-D
Mixed Import Resolution
None
Decompose Disjoint Geometry
Yes
Enclosure and Symmetry
Yes
Processing
Bachelor 2015
LX
TABLE 3
Model (B4) > Geometry > Parts
Ramme1.ipt
Object Name
State
Meshed
Graphics Properties
Visible
Yes
Transparency
1
Definition
Suppressed
No
Stiffness Behavior
Flexible
Coordinate System Default Coordinate System
Reference Temperature
By Environment
Material
Assignment
Aluminum Alloy
Nonlinear Effects
Yes
Thermal Strain Effects
Yes
Bounding Box
Length X
353, mm
Length Y
671,1 mm
Length Z
680, mm
Properties
Volume
3,7322e+006 mm³
Mass
1,0338e-002 t
Centroid X
207,53 mm
Centroid Y
12,853 mm
Centroid Z
81,125 mm
Moment of Inertia Ip1
860,32 t·mm²
Moment of Inertia Ip2
565,14 t·mm²
Moment of Inertia Ip3
397,48 t·mm²
Statistics
Nodes
23727
Elements
11309
Mesh Metric
None
Coordinate Systems
TABLE 4
Model (B4) > Coordinate Systems > Coordinate System
Object Name Global Coordinate System
State
Fully Defined
Definition
Type
Cartesian
Coordinate System ID
0,
Origin
Origin X
0, mm
Origin Y
0, mm
Origin Z
0, mm
Directional Vectors
X Axis Data
[ 1, 0, 0, ]
Y Axis Data
[ 0, 1, 0, ]
Z Axis Data
[ 0, 0, 1, ]
Bachelor 2015
LXI
Mesh
TABLE 5
Model (B4) > Mesh
Mesh
Object Name
State
Solved
Defaults
Physics Preference
Mechanical
Relevance
0
Sizing
Use Advanced Size Function
Off
Relevance Center
Coarse
Element Size
Default
Initial Size Seed
Active Assembly
Smoothing
Medium
Transition
Fast
Span Angle Center
Coarse
Minimum Edge Length
8,1095e-002 mm
Inflation
Use Automatic Inflation
None
Inflation Option
Smooth Transition
Transition Ratio
0,272
Maximum Layers
5
Growth Rate
1,2
Inflation Algorithm
Pre
View Advanced Options
No
Patch Conforming Options
Triangle Surface Mesher Program Controlled
Patch Independent Options
Topology Checking
Yes
Advanced
Number of CPUs for Parallel Part Meshing Program Controlled
Shape Checking Standard Mechanical
Element Midside Nodes Program Controlled
Straight Sided Elements
No
Number of Retries
Default (4)
Extra Retries For Assembly
Yes
Rigid Body Behavior Dimensionally Reduced
Mesh Morphing
Disabled
Defeaturing
Pinch Tolerance
Please Define
Generate Pinch on Refresh
No
Automatic Mesh Based Defeaturing
On
Defeaturing Tolerance
Default
Statistics
Nodes
23727
Elements
11309
Mesh Metric
None
Named Selections
Bachelor 2015
LXII
TABLE 6
Model (B4) > Named Selections > Named Selections
Kraft Dragkrefter
Object Name Lager1 Lager2
State
Fully Defined
Scope
Scoping Method
Geometry Selection
Geometry 1 Face 10 Faces 6 Faces 8 Faces
Definition
Send to Solver
Yes
Visible
Yes
Program Controlled Inflation
Exclude
Statistics
Type
Manual
Total Selection 1 Face 10 Faces 6 Faces 8 Faces
Suppressed
0
Used by Mesh Worksheet
No
Static Structural (B5)
TABLE 7
Model (B4) > Analysis
Object Name Static Structural (B5)
State
Solved
Definition
Physics Type
Structural
Analysis Type
Static Structural
Solver Target Mechanical APDL
Options
Environment Temperature
22, °C
Generate Input Only
No
TABLE 8
Model (B4) > Static Structural (B5) > Analysis Settings
Analysis Settings
Object Name
State
Fully Defined
Step Controls
Number Of Steps
1,
Current Step
1,
Number
Step End Time
1, s
Auto Time Stepping
Program Controlled
Solver Controls
Solver Type
Program Controlled
Weak Springs
Program Controlled
Large Deflection
Off
Inertia Relief
Off
Restart Controls
Generate Restart
Program Controlled
Points
Retain Files After
No
Full Solve
Bachelor 2015
LXIII
Nonlinear Controls
Newton-Raphson
Option
Force Convergence
Moment
Convergence
Displacement
Convergence
Rotation
Convergence
Line Search
Stabilization
Stress
Strain
Nodal Forces
Contact
Miscellaneous
General
Miscellaneous
Store Results At
Solver Files
Directory
Future Analysis
Scratch Solver Files
Directory
Save MAPDL db
Delete Unneeded
Files
Nonlinear Solution
Solver Units
Solver Unit System
Program Controlled
Program Controlled
Program Controlled
Program Controlled
Program Controlled
Program Controlled
Off
Output Controls
Yes
Yes
No
No
No
All Time Points
Analysis Data Management
H:\Application Data\Bachelor dokument\Ny ramme +
moms\Ansys\Ramme1\Ramme1_files\dp0\SYS\MECH\
None
No
Yes
No
Active System
nmm
TABLE 9
Model (B4) > Static Structural (B5) > Loads
Fixed
Cylindrical
Force Force Force
Force
Force 5
Force 6
Object Name
Support
Support
2
3
4
State
Fully Defined
Scope
Scoping
Named Selection
Geometry Selection
Named Selection
Method
Named
Lager1
Lager2
Kraft
Dragkrefter
Selection
Geometry
1 Face
Definition
Fixed
Cylindrical
Type
Force
Support
Support
Suppressed
No
Radial
Fixed
Axial
Fixed
Bachelor 2015
LXIV
Tangential
Define By
Magnitude
Direction
Coordinate
System
Fixed
Vector
-620, N (ramped)
Defined
Components
Global Coordinate System
-3200, N
0, N (ramped)
(ramped)
0, N (ramped)
0, N
-1000, N
(ramped)
(ramped)
X Component
Y Component
Z Component
FIGURE 1
Model (B4) > Static Structural (B5) > Force
FIGURE 2
Model (B4) > Static Structural (B5) > Force 2
Bachelor 2015
LXV
FIGURE 3
Model (B4) > Static Structural (B5) > Force 3
Bachelor 2015
LXVI
FIGURE 4
Model (B4) > Static Structural (B5) > Force 4
FIGURE 5
Model (B4) > Static Structural (B5) > Force 5
Bachelor 2015
LXVII
FIGURE 6
Model (B4) > Static Structural (B5) > Force 6
Solution (B6)
TABLE 10
Model (B4) > Static Structural (B5) > Solution
Object Name Solution (B6)
State
Solved
Adaptive Mesh Refinement
Max Refinement Loops
1,
Refinement Depth
2,
Information
Status
Done
TABLE 11
Model (B4) > Static Structural (B5) > Solution (B6) > Solution Information
Object Name Solution Information
State
Solved
Solution Information
Solution Output
Solver Output
Newton-Raphson Residuals
0
Update Interval
2,5 s
Display Points
All
FE Connection Visibility
Activate Visibility
Yes
Display All FE Connectors
Bachelor 2015
LXVIII
Draw Connections Attached To
Line Color
Visible on Results
Line Thickness
Display Type
All Nodes
Connection Type
No
Single
Lines
TABLE 12
Model (B4) > Static Structural (B5) > Solution (B6) > Results
Equivalent Stress
Total Deformation
Object Name
State
Solved
Scope
Scoping Method
Geometry Selection
Geometry
All Bodies
Definition
Type Equivalent (von-Mises) Stress Total Deformation
By
Time
Display Time
Last
Calculate Time History
Yes
Identifier
Suppressed
No
Integration Point Results
Display Option
Averaged
Average Across Bodies
No
Results
Minimum
3,0886e-005 MPa
0, mm
Maximum
15,226 MPa
5,6441e-002 mm
Minimum Value Over Time
Minimum
3,0886e-005 MPa
0, mm
Maximum
3,0886e-005 MPa
0, mm
Maximum Value Over Time
Minimum
15,226 MPa
5,6441e-002 mm
Maximum
15,226 MPa
5,6441e-002 mm
Information
Time
1, s
Load Step
1
Substep
1
Iteration Number
1
Bachelor 2015
LXIX
FIGURE 7
Model (B4) > Static Structural (B5) > Solution (B6) > Equivalent Stress > Figure
Bachelor 2015
LXX
FIGURE 8
Model (B4) > Static Structural (B5) > Solution (B6) > Total Deformation > Figure
Material Data
Aluminum Alloy
TABLE 13
Aluminum Alloy > Constants
Density
2,77e-009 tonne mm^-3
Coefficient of Thermal Expansion
2,3e-005 C^-1
Specific Heat 8,75e+008 mJ tonne^-1 C^-1
TABLE 14
Aluminum Alloy > Compressive Ultimate Strength
Compressive Ultimate Strength MPa
0,
TABLE 15
Aluminum Alloy > Compressive Yield Strength
Compressive Yield Strength MPa
280,
Bachelor 2015
LXXI
TABLE 16
Aluminum Alloy > Tensile Yield Strength
Tensile Yield Strength MPa
280,
TABLE 17
Aluminum Alloy > Tensile Ultimate Strength
Tensile Ultimate Strength MPa
310,
TABLE 18
Aluminum Alloy > Isotropic Secant Coefficient of Thermal Expansion
Reference Temperature C
22,
TABLE 19
Aluminum Alloy > Isotropic Thermal Conductivity
Thermal Conductivity W mm^-1 C^-1 Temperature C
0,114
-100,
0,144
0,
0,165
100,
0,175
200,
TABLE 20
Aluminum Alloy > Alternating Stress R-Ratio
Alternating Stress MPa
Cycles R-Ratio
275,8
1700,
-1,
241,3
5000,
-1,
206,8
34000
-1,
172,4
1,4e+005
-1,
137,9
8,e+005
-1,
117,2
2,4e+006
-1,
89,63
5,5e+007
-1,
82,74
1,e+008
-1,
170,6
50000
-0,5
139,6
3,5e+005 -0,5
108,6
3,7e+006 -0,5
87,91
1,4e+007 -0,5
77,57
5,e+007
-0,5
72,39
1,e+008
-0,5
144,8
50000
0,
120,7
1,9e+005
0,
103,4
1,3e+006
0,
93,08
4,4e+006
0,
86,18
1,2e+007
0,
72,39
1,e+008
0,
74,12
3,e+005
0,5
70,67
1,5e+006 0,5
66,36
1,2e+007 0,5
62,05
1,e+008
0,5
Bachelor 2015
LXXII
TABLE 21
Aluminum Alloy > Isotropic Resistivity
Resistivity ohm mm Temperature C
2,43e-005
0,
2,67e-005
20,
3,63e-005
100,
TABLE 22
Aluminum Alloy > Isotropic Elasticity
Temperature C Young's Modulus MPa Poisson's Ratio Bulk Modulus MPa Shear Modulus MPa
71000
0,33
69608
26692
TABLE 23
Aluminum Alloy > Isotropic Relative Permeability
Relative Permeability
1,
Bachelor 2015
LXXIII
Vedlegg P: ANSYS-rapport rammedel 2
Project
First Saved Wednesday, April 01, 2015
Last Saved Monday, April 06, 2015
Product Version
15.0 Release
Save Project Before Solution
No
Save Project After Solution
No
Bachelor 2015
LXXIV
Contents

Units

Model (B4)
o Geometry
 Ramme1.ipt
o Coordinate Systems
o Mesh
 Body Sizing
o Named Selections
o Static Structural (B5)
 Analysis Settings
 Loads
 Solution (B6)
 Solution Information
 Results

Material Data
o Aluminum Alloy
Units
TABLE 1
Unit System Metric (mm, t, N, s, mV, mA) Degrees rad/s Celsius
Angle
Degrees
Rotational Velocity
rad/s
Temperature
Celsius
Model (B4)
Geometry
Object Name
State
Source
Type
Length Unit
Element Control
Display Style
Length X
Length Y
Length Z
Volume
Mass
Scale Factor Value
Bachelor 2015
TABLE 2
Model (B4) > Geometry
Geometry
Fully Defined
Definition
H:\Application Data\Bachelor dokument\Ny ramme + moms\Tegning\Ny
versjon\Med stempel\Fire børster\Etter avkutting\Ramme1.ipt
Inventor
Centimeters
Program Controlled
Body Color
Bounding Box
624,26 mm
700, mm
680, mm
Properties
6,2613e+006 mm³
1,7344e-002 t
1,
LXXV
Statistics
Bodies
Active Bodies
Nodes
Elements
Mesh Metric
Solid Bodies
Surface Bodies
Line Bodies
Parameters
Parameter Key
Attributes
Named Selections
Material Properties
Use Associativity
Coordinate Systems
Reader Mode Saves
Updated File
Use Instances
Smart CAD Update
Compare Parts On
Update
Attach File Via Temp
File
Temporary Directory
Analysis Type
Mixed Import
Resolution
Decompose Disjoint
Geometry
Enclosure and
Symmetry Processing
1
1
30746
15253
None
Basic Geometry Options
Yes
Yes
No
Yes
DS
No
No
No
Advanced Geometry Options
Yes
No
No
Yes
No
No
Yes
C:\Users\131573\AppData\Local\Temp
3-D
None
Yes
Yes
TABLE 3
Model (B4) > Geometry > Parts
Ramme1.ipt
Object Name
State
Meshed
Graphics Properties
Visible
Yes
Transparency
1
Definition
Suppressed
No
Stiffness Behavior
Flexible
Coordinate System Default Coordinate System
Reference Temperature
By Environment
Material
Assignment
Aluminum Alloy
Nonlinear Effects
Yes
Bachelor 2015
LXXVI
Thermal Strain Effects
Yes
Bounding Box
Length X
624,26 mm
Length Y
700, mm
Length Z
680, mm
Properties
Volume
6,2613e+006 mm³
Mass
1,7344e-002 t
Centroid X
-68,913 mm
Centroid Y
83,093 mm
Centroid Z
125,63 mm
Moment of Inertia Ip1
1790,3 t·mm²
Moment of Inertia Ip2
887,27 t·mm²
Moment of Inertia Ip3
1376,5 t·mm²
Statistics
Nodes
30746
Elements
15253
Mesh Metric
None
Coordinate Systems
TABLE 4
Model (B4) > Coordinate Systems > Coordinate System
Object Name Global Coordinate System
State
Fully Defined
Definition
Type
Cartesian
Coordinate System ID
0,
Origin
Origin X
0, mm
Origin Y
0, mm
Origin Z
0, mm
Directional Vectors
X Axis Data
[ 1, 0, 0, ]
Y Axis Data
[ 0, 1, 0, ]
Z Axis Data
[ 0, 0, 1, ]
Mesh
TABLE 5
Model (B4) > Mesh
Object Name
State
Defaults
Physics Preference
Relevance
Sizing
Use Advanced Size Function
Relevance Center
Element Size
Initial Size Seed
Smoothing
Bachelor 2015
Mesh
Solved
Mechanical
0
Off
Coarse
Default
Active Assembly
Medium
LXXVII
Transition
Fast
Span Angle Center
Coarse
Minimum Edge Length
9,0059e-003 mm
Inflation
Use Automatic Inflation
None
Inflation Option
Smooth Transition
Transition Ratio
0,272
Maximum Layers
5
Growth Rate
1,2
Inflation Algorithm
Pre
View Advanced Options
No
Patch Conforming Options
Triangle Surface Mesher Program Controlled
Patch Independent Options
Topology Checking
Yes
Advanced
Number of CPUs for Parallel Part Meshing Program Controlled
Shape Checking Standard Mechanical
Element Midside Nodes Program Controlled
Straight Sided Elements
No
Number of Retries
Default (4)
Extra Retries For Assembly
Yes
Rigid Body Behavior Dimensionally Reduced
Mesh Morphing
Disabled
Defeaturing
Pinch Tolerance
Please Define
Generate Pinch on Refresh
No
Automatic Mesh Based Defeaturing
On
Defeaturing Tolerance
Default
Statistics
Nodes
30746
Elements
15253
Mesh Metric
None
TABLE 6
Model (B4) > Mesh > Mesh Controls
Body Sizing
Object Name
State
Fully Defined
Scope
Scoping Method Geometry Selection
Geometry
1 Body
Definition
Suppressed
No
Type
Element Size
Element Size
40, mm
Behavior
Soft
Bachelor 2015
LXXVIII
Named Selections
TABLE 7
Model (B4) > Named Selections > Named Selections
Object Name Lager1 Sylinderlager Rammekraft Dragkraft
State
Fully Defined
Scope
Scoping Method
Geometry Selection
Geometry 1 Face 11 Faces
6 Faces
1 Face
Definition
Send to Solver
Yes
Visible
Yes
Program Controlled Inflation
Exclude
Statistics
Type
Manual
Total Selection 1 Face 11 Faces
6 Faces
1 Face
Suppressed
0
Used by Mesh Worksheet
No
Static Structural (B5)
TABLE 8
Model (B4) > Analysis
Object Name Static Structural (B5)
State
Solved
Definition
Physics Type
Structural
Analysis Type
Static Structural
Solver Target Mechanical APDL
Options
Environment Temperature
22, °C
Generate Input Only
No
TABLE 9
Model (B4) > Static Structural (B5) > Analysis Settings
Analysis Settings
Object Name
State
Fully Defined
Step Controls
Number Of Steps
1,
Current Step
1,
Number
Step End Time
1, s
Auto Time Stepping
Program Controlled
Solver Controls
Solver Type
Program Controlled
Weak Springs
Program Controlled
Large Deflection
Off
Inertia Relief
Off
Restart Controls
Generate Restart
Program Controlled
Points
Bachelor 2015
LXXIX
Retain Files After
Full Solve
No
Nonlinear Controls
Newton-Raphson
Option
Force Convergence
Moment
Convergence
Displacement
Convergence
Rotation
Convergence
Line Search
Stabilization
Program Controlled
Program Controlled
Program Controlled
Program Controlled
Program Controlled
Program Controlled
Off
Output Controls
Yes
Yes
No
Stress
Strain
Nodal Forces
Contact
Miscellaneous
General
Miscellaneous
Store Results At
No
No
All Time Points
Analysis Data Management
H:\Application Data\Bachelor dokument\Ny ramme +
moms\Ansys\Ramme2\Ramme2_files\dp0\SYS\MECH\
None
Solver Files
Directory
Future Analysis
Scratch Solver Files
Directory
Save MAPDL db
Delete Unneeded
Files
Nonlinear Solution
Solver Units
Solver Unit System
No
Yes
No
Active System
nmm
TABLE 10
Model (B4) > Static Structural (B5) > Loads
Fixed
Cylindrical
Object
Suppor
Support
Name
t
State
Force
Forc Forc Forc Forc Forc Forc Forc Forc
e2 e3 e4
e5 e6 e7 e8
e9
Fully Defined
Scope
Scoping
Named Selection
Method
Named
Sylinderlag Rammekraf
Lager1
Selection
er
t
Geometry
Definition
Fixed
Cylindrical
Type Suppor
Support
t
Bachelor 2015
Geometry Selection
1 Face
Force
LXXX
Suppresse
d
Radial
Axial
Tangential
Define By
Coordinate
System
X
Componen
t
Y
Componen
t
Z
Componen
t
Magnitude
Direction
No
Fixed
Fixed
Fixed
Component
s
Global
Coordinate
System
Vector
3200, N
(ramped)
0, N
(ramped)
0, N
(ramped)
-620, N (ramped)
Defined
FIGURE 1
Model (B4) > Static Structural (B5) > Force
FIGURE 2
Model (B4) > Static Structural (B5) > Force 2
Bachelor 2015
LXXXI
FIGURE 3
Model (B4) > Static Structural (B5) > Force 3
Bachelor 2015
LXXXII
FIGURE 4
Model (B4) > Static Structural (B5) > Force 4
FIGURE 5
Model (B4) > Static Structural (B5) > Force 5
Bachelor 2015
LXXXIII
FIGURE 6
Model (B4) > Static Structural (B5) > Force 6
FIGURE 7
Model (B4) > Static Structural (B5) > Force 7
Bachelor 2015
LXXXIV
FIGURE 8
Model (B4) > Static Structural (B5) > Force 8
FIGURE 9
Model (B4) > Static Structural (B5) > Force 9
Bachelor 2015
LXXXV
TABLE 11
Model (B4) > Static Structural (B5) > Loads
Force 10
Object Name
State
Fully Defined
Scope
Scoping Method Named Selection
Named Selection
Dragkraft
Definition
Type
Force
Define By
Vector
Magnitude -1000, N (ramped)
Direction
Defined
Suppressed
No
FIGURE 10
Model (B4) > Static Structural (B5) > Force 10
Solution (B6)
TABLE 12
Model (B4) > Static Structural (B5) > Solution
Object Name Solution (B6)
State
Solved
Adaptive Mesh Refinement
Max Refinement Loops
1,
Refinement Depth
2,
Information
Bachelor 2015
LXXXVI
Status
Done
TABLE 13
Model (B4) > Static Structural (B5) > Solution (B6) > Solution Information
Object Name Solution Information
State
Solved
Solution Information
Solution Output
Solver Output
Newton-Raphson Residuals
0
Update Interval
2,5 s
Display Points
All
FE Connection Visibility
Activate Visibility
Yes
Display All FE Connectors
Draw Connections Attached To
All Nodes
Line Color Connection Type
Visible on Results
No
Line Thickness
Single
Display Type
Lines
TABLE 14
Model (B4) > Static Structural (B5) > Solution (B6) > Results
Equivalent Stress
Total Deformation
Object Name
State
Solved
Scope
Scoping Method
Geometry Selection
Geometry
All Bodies
Definition
Type Equivalent (von-Mises) Stress Total Deformation
By
Time
Display Time
Last
Calculate Time History
Yes
Identifier
Suppressed
No
Integration Point Results
Display Option
Averaged
Average Across Bodies
No
Results
Minimum
9,2398e-007 MPa
0, mm
Maximum
13,602 MPa
7,9625e-002 mm
Minimum Value Over Time
Minimum
9,2398e-007 MPa
0, mm
Maximum
9,2398e-007 MPa
0, mm
Maximum Value Over Time
Minimum
13,602 MPa
7,9625e-002 mm
Maximum
13,602 MPa
7,9625e-002 mm
Information
Time
1, s
Load Step
1
Substep
1
Bachelor 2015
LXXXVII
Iteration Number
1
FIGURE 11
Model (B4) > Static Structural (B5) > Solution (B6) > Equivalent Stress > Figure
Bachelor 2015
LXXXVIII
FIGURE 12
Model (B4) > Static Structural (B5) > Solution (B6) > Total Deformation > Figure
Material Data
Aluminum Alloy
TABLE 15
Aluminum Alloy > Constants
Density
2,77e-009 tonne mm^-3
Coefficient of Thermal Expansion
2,3e-005 C^-1
Specific Heat 8,75e+008 mJ tonne^-1 C^-1
TABLE 16
Aluminum Alloy > Compressive Ultimate Strength
Compressive Ultimate Strength MPa
0,
TABLE 17
Aluminum Alloy > Compressive Yield Strength
Compressive Yield Strength MPa
280,
Bachelor 2015
LXXXIX
TABLE 18
Aluminum Alloy > Tensile Yield Strength
Tensile Yield Strength MPa
280,
TABLE 19
Aluminum Alloy > Tensile Ultimate Strength
Tensile Ultimate Strength MPa
310,
TABLE 20
Aluminum Alloy > Isotropic Secant Coefficient of Thermal Expansion
Reference Temperature C
22,
TABLE 21
Aluminum Alloy > Isotropic Thermal Conductivity
Thermal Conductivity W mm^-1 C^-1 Temperature C
0,114
-100,
0,144
0,
0,165
100,
0,175
200,
TABLE 22
Aluminum Alloy > Alternating Stress R-Ratio
Alternating Stress MPa
Cycles R-Ratio
275,8
1700,
-1,
241,3
5000,
-1,
206,8
34000
-1,
172,4
1,4e+005
-1,
137,9
8,e+005
-1,
117,2
2,4e+006
-1,
89,63
5,5e+007
-1,
82,74
1,e+008
-1,
170,6
50000
-0,5
139,6
3,5e+005 -0,5
108,6
3,7e+006 -0,5
87,91
1,4e+007 -0,5
77,57
5,e+007
-0,5
72,39
1,e+008
-0,5
144,8
50000
0,
120,7
1,9e+005
0,
103,4
1,3e+006
0,
93,08
4,4e+006
0,
86,18
1,2e+007
0,
72,39
1,e+008
0,
74,12
3,e+005
0,5
70,67
1,5e+006 0,5
66,36
1,2e+007 0,5
62,05
1,e+008
0,5
Bachelor 2015
XC
TABLE 23
Aluminum Alloy > Isotropic Resistivity
Resistivity ohm mm Temperature C
2,43e-005
0,
2,67e-005
20,
3,63e-005
100,
TABLE 24
Aluminum Alloy > Isotropic Elasticity
Temperature C Young's Modulus MPa Poisson's Ratio Bulk Modulus MPa Shear Modulus MPa
71000
0,33
69608
26692
TABLE 25
Aluminum Alloy > Isotropic Relative Permeability
Relative Permeability
1,
Bachelor 2015
XCI
Vedlegg Q: ANSYS-Rapport gjennomgående bolt
Project
First Saved Wednesday, April 01, 2015
Last Saved Wednesday, April 29, 2015
Product Version
15.0 Release
Save Project Before Solution
No
Save Project After Solution
No
Bachelor 2015
XCII
Contents

Units

Model (B4)
o Geometry
 Staget.ipt
 Parts
o Coordinate Systems
o Connections
 Contacts
 Contact Regions
o Mesh
o Named Selections
o Static Structural (B5)
 Analysis Settings
 Loads
 Solution (B6)
 Solution Information
 Results

Material Data
o Stainless Steel
Units
TABLE 1
Unit System Metric (mm, t, N, s, mV, mA) Degrees rad/s Celsius
Angle
Degrees
Rotational Velocity
rad/s
Temperature
Celsius
Model (B4)
Geometry
TABLE 2
Model (B4) > Geometry
Geometry
Object Name
State
Fully Defined
Definition
Source H:\Application Data\Bachelor dokument\Inventor\Staget.ipt
Type
Inventor
Length Unit
Centimeters
Element Control
Program Controlled
Display Style
Material
Bounding Box
Length X
30, mm
Length Y
690, mm
Length Z
30, mm
Properties
Volume
2,1937e+005 mm³
Mass
1,7001e-003 t
Bachelor 2015
XCIII
Scale Factor Value
1,
Statistics
Bodies
13
Active Bodies
13
Nodes
5990
Elements
1026
Mesh Metric
None
Basic Geometry Options
Solid Bodies
Yes
Surface Bodies
Yes
Line Bodies
No
Parameters
Yes
Parameter Key
DS
Attributes
No
Named Selections
No
Material Properties
No
Advanced Geometry Options
Use Associativity
Yes
Coordinate Systems
No
Reader Mode Saves Updated File
No
Use Instances
Yes
Smart CAD Update
No
Compare Parts On Update
No
Attach File Via Temp File
Yes
Temporary Directory
C:\Users\131573\AppData\Local\Temp
Analysis Type
3-D
Mixed Import Resolution
None
Decompose Disjoint Geometry
Yes
Enclosure and Symmetry Processing
Yes
TABLE 3
Model (B4) > Geometry > Body Groups
Staget.ipt
Object Name
State
Meshed
Graphics Properties
Visible
Yes
Definition
Suppressed
No
Assignment
Stainless Steel
Coordinate System Default Coordinate System
Bounding Box
Length X
30, mm
Length Y
690, mm
Length Z
30, mm
Properties
Volume
2,1976e+005 mm³
Mass
1,7001e-003 t
Centroid X
1,359e-008 mm
Centroid Y
340, mm
Centroid Z
1,95e-012 mm
Bachelor 2015
XCIV
Moment of Inertia Ip1
69,251 t·mm²
Moment of Inertia Ip2
8,7204e-002 t·mm²
Moment of Inertia Ip3
69,251 t·mm²
Statistics
Nodes
5990
Elements
1026
Mesh Metric
None
TABLE 4
Model (B4) > Geometry > Staget.ipt > Parts
Object
Solid1 Solid2 Solid3 Solid4 Solid5 Solid6 Solid7 Solid8
Name
State
Meshed
Graphics Properties
Visible
Yes
Transpare
1
ncy
Definition
Suppress
No
ed
Stiffness
Flexible
Behavior
Coordinat
Default Coordinate System
e System
Reference
Temperat
By Environment
ure
Material
Assignme
Stainless Steel
nt
Nonlinear
Yes
Effects
Thermal
Strain
Yes
Effects
Bounding Box
20,
30,
Length X
20, mm
mm
mm
30,
205,
Length Y
5, mm
30, mm
30, mm
mm
mm
20,
30,
Length Z
20, mm
mm
mm
Properties
9399, 3051,8
64337
Volume
9399, mm³
9399, mm³
mm³
mm³
mm³
7,2842 2,3652
4,9861
Mass e-005 e-005 7,2842e-005 t e-004
7,2842e-005 t
t
t
t
1,7528
2,9052
2,9052e-008 1,5818
Centroid X
e-007
2,9052e-008 mm
e-008
mm
e-017
mm
mm
mm
Bachelor 2015
Solid9
Solid1 Solid1
0
1
205,
mm
30, mm
64337
9399, mm³
mm³
4,9861
e-004 7,2842e-005 t
t
3,9977 2,9052e-008
e-016
mm
mm
XCV
Centroid Y
15,
mm
1,1535
Centroid Z e-016
mm
7,2792
Moment of
e-003
Inertia Ip1
t·mm²
3,6321
Moment of
e-003
Inertia Ip2
t·mm²
7,2792
Moment of
e-003
Inertia Ip3
t·mm²
Nodes
Elements
Mesh
Metric
274
44
2,2925
mm
2,4499
e-007
mm
1,2219
e-003
t·mm²
2,3519
e-003
t·mm²
1,2219
e-003
t·mm²
154
18
45,
mm
75,
mm
192,5
mm
310,
mm
340,
mm
370,
mm
487,5
mm
605,
mm
635,
mm
7,8372 2,5962 4,1758 5,4447
5,9953 2,0425
1,1191 6,7213
9,4766
e-017 e-016 e-016 e-017
e-016 e-016
e-016 e-017
e-016
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
7,2792e-003
t·mm²
1,7586
t·mm²
7,2792e-003 t·mm²
1,7586
t·mm²
7,2792e-003
t·mm²
3,6321e-003
t·mm²
2,4905
e-002
t·mm²
3,6321e-003 t·mm²
2,4905
e-002
t·mm²
3,6321e-003
t·mm²
7,2792e-003
t·mm²
1,7586
t·mm²
7,2792e-003 t·mm²
1,7586
t·mm²
7,2792e-003
t·mm²
1608
297
274
44
274
44
Statistics
1608
297
274
44
None
TABLE 5
Model (B4) > Geometry > Staget.ipt > Parts
Solid12
Solid13
Object Name
State
Meshed
Graphics Properties
Visible
Yes
Transparency
1
Definition
Suppressed
No
Stiffness Behavior
Flexible
Coordinate System
Default Coordinate System
Reference Temperature
By Environment
Material
Assignment
Stainless Steel
Nonlinear Effects
Yes
Thermal Strain Effects
Yes
Bounding Box
Length X
20, mm
30, mm
Length Y
30, mm
5, mm
Length Z
20, mm
30, mm
Properties
Volume
9399, mm³
3051,8 mm³
Mass
7,2842e-005 t
2,3652e-005 t
Centroid X 2,9052e-008 mm 1,7528e-007 mm
Centroid Y
665, mm
682,29 mm
Centroid Z 2,7685e-018 mm 2,4513e-007 mm
Moment of Inertia Ip1 7,2792e-003 t·mm² 1,2219e-003 t·mm²
Moment of Inertia Ip2 3,6321e-003 t·mm² 2,3519e-003 t·mm²
Moment of Inertia Ip3 7,2792e-003 t·mm² 1,2219e-003 t·mm²
Bachelor 2015
XCVI
Nodes
Elements
Mesh Metric
Statistics
274
44
154
18
None
Coordinate Systems
TABLE 6
Model (B4) > Coordinate Systems > Coordinate System
Object Name Global Coordinate System
State
Fully Defined
Definition
Type
Cartesian
Coordinate System ID
0,
Origin
Origin X
0, mm
Origin Y
0, mm
Origin Z
0, mm
Directional Vectors
X Axis Data
[ 1, 0, 0, ]
Y Axis Data
[ 0, 1, 0, ]
Z Axis Data
[ 0, 0, 1, ]
Connections
TABLE 7
Model (B4) > Connections
Object Name Connections
State Fully Defined
Auto Detection
Generate Automatic Connection On Refresh
Yes
Transparency
Enabled
Yes
TABLE 8
Model (B4) > Connections > Contacts
Contacts
Object Name
State
Fully Defined
Definition
Connection Type
Contact
Scope
Scoping Method Geometry Selection
Geometry
All Bodies
Auto Detection
Tolerance Type
Slider
Tolerance Slider
0,
Tolerance Value
1,7283 mm
Use Range
No
Face/Face
Yes
Face/Edge
No
Edge/Edge
No
Priority
Include All
Bachelor 2015
XCVII
Group By
Search Across
Bodies
Bodies
TABLE 9
Model (B4) > Connections > Contacts > Contact Regions
Conta Conta Conta Conta Conta Conta Conta Conta Conta Conta Conta
ct
ct
ct
ct
ct
ct
ct
ct
ct
ct
ct
Object
Name Regio Regio Regio Regio Regio Regio Regio Regio Regio Regio Regio
n
n2
n3
n4
n5
n6
n7
n8
n9
n 10
n 11
State
Fully Defined
Scope
Scoping
Geometry Selection
Method
Contact
1 Face
Target
1 Face
Contact
Solid1 Solid1
Solid1
Solid3 Solid4 Solid5 Solid6 Solid7 Solid8 Solid9
Bodies
0
1
Target
Solid1 Solid1 Solid1
Solid2 Solid3 Solid4 Solid5 Solid6 Solid7 Solid8 Solid9
Bodies
0
1
2
Definition
Type
Bonded
Scope
Automatic
Mode
Behavior
Program Controlled
Trim
Program Controlled
Contact
Trim
1,7283 mm
Tolerance
Suppress
No
ed
Advanced
Formulatio
Program Controlled
n
Detection
Program Controlled
Method
Penetratio
n
Program Controlled
Tolerance
Elastic
Slip
Program Controlled
Tolerance
Normal
Program Controlled
Stiffness
Update
Program Controlled
Stiffness
Pinball
Program Controlled
Region
Geometric Modification
Contact
Geometry
None
Correction
Bachelor 2015
XCVIII
TABLE 10
Model (B4) > Connections > Contacts > Contact Regions
Object Name Contact Region 12
State
Fully Defined
Scope
Scoping Method Geometry Selection
Contact
1 Face
Target
1 Face
Contact Bodies
Solid12
Target Bodies
Solid13
Definition
Type
Bonded
Scope Mode
Automatic
Behavior Program Controlled
Trim Contact Program Controlled
Trim Tolerance
1,7283 mm
Suppressed
No
Advanced
Formulation Program Controlled
Detection Method Program Controlled
Penetration Tolerance Program Controlled
Elastic Slip Tolerance Program Controlled
Normal Stiffness Program Controlled
Update Stiffness Program Controlled
Pinball Region Program Controlled
Geometric Modification
Contact Geometry Correction
None
Mesh
TABLE 11
Model (B4) > Mesh
Object Name
State
Defaults
Physics Preference
Relevance
Sizing
Use Advanced Size Function
Relevance Center
Element Size
Initial Size Seed
Smoothing
Transition
Span Angle Center
Minimum Edge Length
Inflation
Use Automatic Inflation
Inflation Option
Transition Ratio
Maximum Layers
Bachelor 2015
Mesh
Solved
Mechanical
0
Off
Coarse
Default
Active Assembly
Medium
Fast
Coarse
62,8320 mm
None
Smooth Transition
0,272
5
XCIX
Growth Rate
1,2
Inflation Algorithm
Pre
View Advanced Options
No
Patch Conforming Options
Triangle Surface Mesher Program Controlled
Patch Independent Options
Topology Checking
Yes
Advanced
Number of CPUs for Parallel Part Meshing Program Controlled
Shape Checking Standard Mechanical
Element Midside Nodes Program Controlled
Straight Sided Elements
No
Number of Retries
Default (4)
Extra Retries For Assembly
Yes
Rigid Body Behavior Dimensionally Reduced
Mesh Morphing
Disabled
Defeaturing
Pinch Tolerance
Please Define
Generate Pinch on Refresh
No
Automatic Mesh Based Defeaturing
On
Defeaturing Tolerance
Default
Statistics
Nodes
5990
Elements
1026
Mesh Metric
None
Named Selections
TABLE 12
Model (B4) > Named Selections > Named Selections
Friksjonslager Fast lager
Object Name Kraft
State
Fully Defined
Scope
Scoping Method
Geometry Selection
Geometry 12 Edges
11 Faces
6 Faces
Definition
Send to Solver
Yes
Visible
Yes
Program Controlled Inflation
Exclude
Statistics
Type
Manual
Total Selection 12 Edges
11 Faces
6 Faces
Suppressed
0
Used by Mesh Worksheet
No
Bachelor 2015
C
Static Structural (B5)
TABLE 13
Model (B4) > Analysis
Object Name Static Structural (B5)
State
Solved
Definition
Physics Type
Structural
Analysis Type
Static Structural
Solver Target Mechanical APDL
Options
Environment Temperature
22, °C
Generate Input Only
No
TABLE 14
Model (B4) > Static Structural (B5) > Analysis Settings
Analysis Settings
Object Name
State
Fully Defined
Step Controls
Number Of Steps
1,
Current Step Number
1,
Step End Time
1, s
Auto Time Stepping
Program Controlled
Solver Controls
Solver Type
Program Controlled
Weak Springs
Program Controlled
Large Deflection
Off
Inertia Relief
Off
Restart Controls
Generate Restart Points
Program Controlled
Retain Files After Full
No
Solve
Nonlinear Controls
Newton-Raphson Option
Program Controlled
Force Convergence
Program Controlled
Moment Convergence
Program Controlled
Displacement
Program Controlled
Convergence
Rotation Convergence
Program Controlled
Line Search
Program Controlled
Stabilization
Off
Output Controls
Stress
Yes
Strain
Yes
Nodal Forces
No
Contact Miscellaneous
No
General Miscellaneous
No
Store Results At
All Time Points
Analysis Data Management
Solver Files Directory
H:\Application Data\Bachelor
Bachelor 2015
CI
Future Analysis
Scratch Solver Files
Directory
Save MAPDL db
Delete Unneeded Files
Nonlinear Solution
Solver Units
Solver Unit System
dokument\Inventor\Stag\Stag_files\dp0\SYS\MECH\
None
No
Yes
No
Active System
nmm
TABLE 15
Model (B4) > Static Structural (B5) > Loads
Force
Object Name Frictionless Support Fixed Support
State
Fully Defined
Scope
Scoping Method
Named Selection
Named Selection
Friksjonslager
Fast lager
Kraft
Definition
Type Frictionless Support Fixed Support
Force
Suppressed
No
Define By
Components
Coordinate System
Global Coordinate System
X Component
17615 N (ramped)
Y Component
0, N (ramped)
Z Component
0, N (ramped)
Bachelor 2015
CII
FIGURE 1
Model (B4) > Static Structural (B5) > Force
Solution (B6)
TABLE 16
Model (B4) > Static Structural (B5) > Solution
Object Name Solution (B6)
State
Solved
Adaptive Mesh Refinement
Max Refinement Loops
1,
Refinement Depth
2,
Information
Status
Done
TABLE 17
Model (B4) > Static Structural (B5) > Solution (B6) > Solution Information
Object Name Solution Information
State
Solved
Solution Information
Solution Output
Solver Output
Newton-Raphson Residuals
0
Update Interval
2,5 s
Display Points
All
FE Connection Visibility
Activate Visibility
Yes
Display All FE Connectors
Bachelor 2015
CIII
Draw Connections Attached To
Line Color
Visible on Results
Line Thickness
Display Type
All Nodes
Connection Type
No
Single
Lines
TABLE 18
Model (B4) > Static Structural (B5) > Solution (B6) > Results
Equivalent Stress
Total Deformation
Object Name
State
Solved
Scope
Scoping Method
Geometry Selection
Geometry
All Bodies
Definition
Type Equivalent (von-Mises) Stress Total Deformation
By
Time
Display Time
Last
Calculate Time History
Yes
Identifier
Suppressed
No
Integration Point Results
Display Option
Averaged
Average Across Bodies
No
Results
Minimum
6,2534e-010 MPa
0, mm
Maximum
30,183 MPa
6,0527e-004 mm
Minimum Occurs On
Solid13
Maximum Occurs On
Solid11
Minimum Value Over Time
Minimum
6,2534e-010 MPa
0, mm
Maximum
6,2534e-010 MPa
0, mm
Maximum Value Over Time
Minimum
30,183 MPa
6,0527e-004 mm
Maximum
30,183 MPa
6,0527e-004 mm
Information
Time
1, s
Load Step
1
Substep
1
Iteration Number
1
Bachelor 2015
CIV
FIGURE 2
Model (B4) > Static Structural (B5) > Solution (B6) > Equivalent Stress > Figure
FIGURE 3
Model (B4) > Static Structural (B5) > Solution (B6) > Total Deformation > Figure
Bachelor 2015
CV
Material Data
Stainless Steel
TABLE 19
Stainless Steel > Constants
Density 7,75e-009 tonne mm^-3
Coefficient of Thermal Expansion
1,7e-005 C^-1
Specific Heat 4,8e+008 mJ tonne^-1 C^-1
Thermal Conductivity 1,51e-002 W mm^-1 C^-1
Resistivity
7,7e-004 ohm mm
TABLE 20
Stainless Steel > Compressive Ultimate Strength
Compressive Ultimate Strength MPa
0,
TABLE 21
Stainless Steel > Compressive Yield Strength
Compressive Yield Strength MPa
207,
Bachelor 2015
CVI
TABLE 22
Stainless Steel > Tensile Yield Strength
Tensile Yield Strength MPa
207,
TABLE 23
Stainless Steel > Tensile Ultimate Strength
Tensile Ultimate Strength MPa
586,
TABLE 24
Stainless Steel > Isotropic Secant Coefficient of Thermal Expansion
Reference Temperature C
22,
TABLE 25
Stainless Steel > Isotropic Elasticity
Temperature C Young's Modulus MPa Poisson's Ratio Bulk Modulus MPa Shear Modulus MPa
1,93e+005
0,31
1,693e+005
73664
TABLE 26
Stainless Steel > Isotropic Relative Permeability
Relative Permeability
1,
Bachelor 2015
CVII
Vedlegg R: ANSYS-rapport låsemekanisme
Project
First Saved Thursday, April 16, 2015
Last Saved Wednesday, April 29, 2015
Product Version
15.0 Release
Save Project Before Solution
No
Save Project After Solution
No
Bachelor 2015
CVIII
Contents

Units

Model (B4)
o Geometry
 Lås for 2D.ipt
o Coordinate Systems
o Mesh
 Body Sizing
o Named Selections
o Static Structural (B5)
 Analysis Settings
 Loads
 Solution (B6)
 Solution Information
 Results

Material Data
o Stainless Steel
Units
TABLE 1
Unit System Metric (mm, kg, N, s, mV, mA) Degrees rad/s Celsius
Angle
Degrees
Rotational Velocity
rad/s
Temperature
Celsius
Model (B4)
Bachelor 2015
CIX
Geometry
TABLE 2
Model (B4) > Geometry
Object Name
State
Geometry
Fully Defined
Definition
E:\Skule\Bachelor\Tegning\Ferdi\Ferdi med Lås\Lås for
Source
2D.ipt
Type
Inventor
Length Unit
Centimeters
Element Control
Program Controlled
Display Style
Body Color
Bounding Box
Length X
225, mm
Length Y
36, mm
Length Z
100, mm
Properties
Volume
57704 mm³
Mass
0,4472 kg
Scale Factor Value
1,
Statistics
Bodies
1
Active Bodies
1
Nodes
8143
Elements
4235
Mesh Metric
None
Basic Geometry Options
Solid Bodies
Yes
Surface Bodies
Yes
Line Bodies
No
Parameters
Yes
Parameter Key
DS
Attributes
No
Named Selections
No
Material Properties
No
Advanced Geometry Options
Use Associativity
Yes
Coordinate Systems
No
Reader Mode Saves Updated File
No
Use Instances
Yes
Smart CAD Update
No
Compare Parts On Update
No
Attach File Via Temp File
Yes
Temporary Directory
C:\Users\134755\AppData\Local\Temp
Analysis Type
3-D
Mixed Import Resolution
None
Decompose Disjoint Geometry
Yes
Enclosure and Symmetry
Yes
Processing
Bachelor 2015
CX
TABLE 3
Model (B4) > Geometry > Parts
Lås for 2D.ipt
Object Name
State
Meshed
Graphics Properties
Visible
Yes
Transparency
1
Definition
Suppressed
No
Stiffness Behavior
Flexible
Coordinate System Default Coordinate System
Reference Temperature
By Environment
Material
Assignment
Stainless Steel
Nonlinear Effects
Yes
Thermal Strain Effects
Yes
Bounding Box
Length X
225, mm
Length Y
36, mm
Length Z
100, mm
Properties
Volume
57704 mm³
Mass
0,4472 kg
Centroid X
-1,057e-008 mm
Centroid Y
1,0833e-010 mm
Centroid Z
-19,943 mm
Moment of Inertia Ip1
542,89 kg·mm²
Moment of Inertia Ip2
2823,1 kg·mm²
Moment of Inertia Ip3
2328,3 kg·mm²
Statistics
Nodes
8143
Elements
4235
Mesh Metric
None
Coordinate Systems
TABLE 4
Model (B4) > Coordinate Systems > Coordinate System
Object Name Global Coordinate System
State
Fully Defined
Definition
Type
Cartesian
Coordinate System ID
0,
Origin
Origin X
0, mm
Origin Y
0, mm
Origin Z
0, mm
Directional Vectors
X Axis Data
[ 1, 0, 0, ]
Y Axis Data
[ 0, 1, 0, ]
Z Axis Data
[ 0, 0, 1, ]
Bachelor 2015
CXI
Mesh
TABLE 5
Model (B4) > Mesh
Mesh
Object Name
State
Solved
Defaults
Physics Preference
Mechanical
Relevance
0
Sizing
Use Advanced Size Function
Off
Relevance Center
Coarse
Element Size
Default
Initial Size Seed
Active Assembly
Smoothing
Medium
Transition
Fast
Span Angle Center
Coarse
Minimum Edge Length
5,0 mm
Inflation
Use Automatic Inflation
None
Inflation Option
Smooth Transition
Transition Ratio
0,272
Maximum Layers
5
Growth Rate
1,2
Inflation Algorithm
Pre
View Advanced Options
No
Patch Conforming Options
Triangle Surface Mesher Program Controlled
Patch Independent Options
Topology Checking
Yes
Advanced
Number of CPUs for Parallel Part Meshing Program Controlled
Shape Checking Standard Mechanical
Element Midside Nodes Program Controlled
Straight Sided Elements
No
Number of Retries
Default (4)
Extra Retries For Assembly
Yes
Rigid Body Behavior Dimensionally Reduced
Mesh Morphing
Disabled
Defeaturing
Pinch Tolerance
Please Define
Generate Pinch on Refresh
No
Automatic Mesh Based Defeaturing
On
Defeaturing Tolerance
Default
Statistics
Nodes
8143
Elements
4235
Mesh Metric
None
Bachelor 2015
CXII
TABLE 6
Model (B4) > Mesh > Mesh Controls
Body Sizing
Object Name
State
Fully Defined
Scope
Scoping Method Geometry Selection
Geometry
1 Body
Definition
Suppressed
No
Type
Element Size
Element Size
5, mm
Behavior
Soft
Named Selections
TABLE 7
Model (B4) > Named Selections > Named Selections
Lager
Object Name Kraft
State
Fully Defined
Scope
Scoping Method Geometry Selection
Geometry 4 Faces 2 Faces
Definition
Send to Solver
Yes
Visible
Yes
Program Controlled Inflation
Exclude
Statistics
Type
Manual
Total Selection 4 Faces 2 Faces
Suppressed
0
Used by Mesh Worksheet
No
Static Structural (B5)
TABLE 8
Model (B4) > Analysis
Object Name Static Structural (B5)
State
Solved
Definition
Physics Type
Structural
Analysis Type
Static Structural
Solver Target Mechanical APDL
Options
Environment Temperature
22, °C
Generate Input Only
No
Bachelor 2015
CXIII
TABLE 9
Model (B4) > Static Structural (B5) > Analysis Settings
Analysis Settings
Object Name
State
Fully Defined
Step Controls
Number Of Steps
1,
Current Step Number
1,
Step End Time
1, s
Auto Time Stepping
Program Controlled
Solver Controls
Solver Type
Program Controlled
Weak Springs
Program Controlled
Large Deflection
Off
Inertia Relief
Off
Restart Controls
Generate Restart Points
Program Controlled
Retain Files After Full Solve
No
Nonlinear Controls
Newton-Raphson Option
Program Controlled
Force Convergence
Program Controlled
Moment Convergence
Program Controlled
Displacement Convergence
Program Controlled
Rotation Convergence
Program Controlled
Line Search
Program Controlled
Stabilization
Off
Output Controls
Stress
Yes
Strain
Yes
Nodal Forces
No
Contact Miscellaneous
No
General Miscellaneous
No
Store Results At
All Time Points
Analysis Data Management
Solver Files Directory E:\Skule\Bachelor\Ansys\Lås_files\dp0\SYS\MECH\
Future Analysis
None
Scratch Solver Files Directory
Save MAPDL db
No
Delete Unneeded Files
Yes
Nonlinear Solution
No
Solver Units
Active System
Solver Unit System
nmm
Bachelor 2015
CXIV
TABLE 10
Model (B4) > Static Structural (B5) > Loads
Force
Cylindrical Support
Object Name
State
Fully Defined
Scope
Scoping Method
Named Selection
Named Selection
Kraft
Lager
Definition
Type
Force
Cylindrical Support
Define By
Components
Coordinate System Global Coordinate System
X Component
0, N (ramped)
Y Component
3200, N (ramped)
Z Component
0, N (ramped)
Suppressed
No
Radial
Fixed
Axial
Fixed
Tangential
Fixed
FIGURE 1
Model (B4) > Static Structural (B5) > Force
Bachelor 2015
CXV
Solution (B6)
TABLE 11
Model (B4) > Static Structural (B5) > Solution
Object Name Solution (B6)
State
Solved
Adaptive Mesh Refinement
Max Refinement Loops
1,
Refinement Depth
2,
Information
Status
Done
TABLE 12
Model (B4) > Static Structural (B5) > Solution (B6) > Solution Information
Object Name Solution Information
State
Solved
Solution Information
Solution Output
Solver Output
Newton-Raphson Residuals
0
Update Interval
2,5 s
Display Points
All
FE Connection Visibility
Activate Visibility
Yes
Display All FE Connectors
Draw Connections Attached To
All Nodes
Line Color Connection Type
Visible on Results
No
Line Thickness
Single
Display Type
Lines
Bachelor 2015
CXVI
TABLE 13
Model (B4) > Static Structural (B5) > Solution (B6) > Results
Equivalent Stress
Total Deformation
Object Name
State
Solved
Scope
Scoping Method
Geometry Selection
Geometry
All Bodies
Definition
Type Equivalent (von-Mises) Stress Total Deformation
By
Time
Display Time
Last
Calculate Time History
Yes
Identifier
Suppressed
No
Integration Point Results
Display Option
Averaged
Average Across Bodies
No
Results
Minimum
1,5885e-010 MPa
0, mm
Maximum
44,025 MPa
1,9999e-002 mm
Minimum Value Over Time
Minimum
1,5885e-010 MPa
0, mm
Maximum
1,5885e-010 MPa
0, mm
Maximum Value Over Time
Minimum
44,025 MPa
1,9999e-002 mm
Maximum
44,025 MPa
1,9999e-002 mm
Information
Time
1, s
Load Step
1
Substep
1
Iteration Number
1
Bachelor 2015
CXVII
FIGURE 2
Model (B4) > Static Structural (B5) > Solution (B6) > Equivalent Stress > Figure
FIGURE 3
Model (B4) > Static Structural (B5) > Solution (B6) > Total Deformation > Figure
Bachelor 2015
CXVIII
Bachelor 2015
CXIX
Material Data
Stainless Steel
TABLE 14
Stainless Steel > Constants
Density
7,75e-006 kg mm^-3
Coefficient of Thermal Expansion
1,7e-005 C^-1
Specific Heat 4,8e+005 mJ kg^-1 C^-1
Thermal Conductivity 1,51e-002 W mm^-1 C^-1
Resistivity
7,7e-004 ohm mm
TABLE 15
Stainless Steel > Compressive Ultimate Strength
Compressive Ultimate Strength MPa
0,
TABLE 16
Stainless Steel > Compressive Yield Strength
Compressive Yield Strength MPa
207,
TABLE 17
Stainless Steel > Tensile Yield Strength
Tensile Yield Strength MPa
207,
TABLE 18
Stainless Steel > Tensile Ultimate Strength
Tensile Ultimate Strength MPa
586,
TABLE 19
Stainless Steel > Isotropic Secant Coefficient of Thermal Expansion
Reference Temperature C
22,
TABLE 20
Stainless Steel > Isotropic Elasticity
Temperature C Young's Modulus MPa Poisson's Ratio Bulk Modulus MPa Shear Modulus MPa
1,93e+005
0,31
1,693e+005
73664
TABLE 21
Stainless Steel > Isotropic Relative Permeability
Relative Permeability
1,
Bachelor 2015
CXX